α-Galactosylceramide-activated Vα14 natural killer T cells mediate protection against murine malaria

Natural killer T (NKT) cells are a unique population of lymphocytes that coexpress a semiinvariant T cell and natural killer cell receptors, which are particularly abundant in the liver. To investigate the possible effect of these cells on the development of the liver stages of malaria parasites, a glycolipid, α-galactosylceramide (α-GalCer), known to selectively activate Vα14 NKT cells in the context of CD1d molecules, was administered to sporozoite-inoculated mice. The administration of α-GalCer resulted in rapid, strong antimalaria activity, inhibiting the development of the intrahepatocytic stages of the rodent malaria parasites Plasmodium yoelii and Plasmodium berghei. The antimalaria activity mediated by α-GalCer is stage-specific, since the course of blood-stage-induced infection was not inhibited by administration of this glycolipid. Furthermore, it was determined that IFN-γ is essential for the antimalaria activity mediated by the glycolipid. Taken together, our results provide the clear evidence that NKT cells can mediate protection against an intracellular microbial infection.

Identification, characterisation and expression analysis of natural killer receptor genes in chlamydia pecorum infected koalas (phascolarctos cinereus)

BACKGROUND: Koalas (Phascolarctos cinereus), an iconic Australian marsupial, are being heavily impacted by the spread of Chlamydia pecorum, an obligate intracellular bacterial pathogen. Koalas vary in their response to this pathogen, with some showing no symptoms, while others suffer severe symptoms leading to infertility, blindness or death. Little is known about the pathology of this disease and the immune response against it in this host. Studies have demonstrated that natural killer (NK) cells, key components of the innate immune system, are involved in the immune response to chlamydial infections in humans. These cells can directly lyse cells infected by intracellular pathogens and their ability to recognise these infected cells is mediated through NK receptors on their surface. These are encoded in two regions of the genome, the leukocyte receptor complex (LRC) and the natural killer complex (NKC). These two families evolve rapidly and different repertoires of genes, which have evolved by gene duplication, are seen in different species. METHODS: In this study we aimed to characterise genes belonging to the NK receptor clusters in the koala by searching available koala transcriptomes using a combination of search methods. We developed a qPCR assay to quantify relative expression of four genes, two encoded within the NK receptor cluster (CLEC1B, CLEC4E) and two known to play a role in NK response to Chalmydia in humans (NCR3, PRF1). RESULTS: We found that the NK receptor repertoire of the koala closely resembles that of the Tasmanian devil, with minimal genes in the NKC, but with lineage specific expansions in the LRC. Additional genes important for NK cell activity, NCR3 and PRF1, were also identified and characterised. In a preliminary study to investigate whether these genes are involved in the koala immune response to infection by its chlamydial pathogen, C. pecorum, we investigated the expression of four genes in koalas with active chlamydia infection, those with past infection and those without infection using qPCR. This analysis revealed that one of these four, CLEC4E, may be upregulated in response to chlamydia infection. CONCLUSION: We have characterised genes of the NKC and LRC in koalas and have discovered evidence that one of these genes may be upregulated in koalas with chlamydia, suggesting that these receptors may play a role in the immune response of koalas to chlamydia infection.

The effects of Chlorella vulgaris in the protection of mice infected with Listeria monocytogenes. Role of natural killer cells

In this work we have demonstrated the effects of oral administration of Chlorella vulgaris (CV) on Natural Killer cells (NK) activity of mice infected with a sublethal dose of viable Listeria monocytogenes. The treatment with C. vulgaris produced a significant increase on NK cells activity in normal (non-infected) animals compared to the animals that received only vehicle (water) (p < 0.0001). Similarly, the infection alone produced a significant increase on NK cells activity, which was observed at 48 and 72 hours after the inoculation of L. monocytogenes. Moreover, when CV was administered in infected animals, there was an additional increase in NK cells activity which was significantly higher than that found in the infected groups (p < 0.0001) CV treatment (50 and 500mg/Kg) of mice infected with a dose of 3x105 bacteria/animal, which was lethal for all the non- treated controls, produced a dose-response protection which led to a 20% and 55% survival, respectively (p < 0.0001).

Increased natural killer activity does not prevent progression of experimental kala-azar

Kala-azar is the visceral form of leishmaniasis and it is caused by intracellular parasites from the complex Leishmania donovani. Golden hamster (Mesocricetus auratus) infected with Leishmania donovani develop a disease very similar to human Kala-azar. There is conspicuous hipergammaglobulinaemia and their T cells do not respond to stimulation with parasite antigens. We used this experimental model to evaluate the natural killer (NK) activity during the initial phase of the disease. Outbred hamsters infected by intravenous route with 5.106 amastigotes of L. donovani 1S showed a concurrent increase in the spleen weight and in the spleen cell number. Using the single cell assay we detected a significant increase in the percentage of NK effector cells on the 4th day of infection. Imprints from spleen and liver showed at days 14 and 28 a significant increase in the parasite burden. These results show that the increased NK activity in the beginning of the infection was not able to restrain the progression of the disease in this experimental model.

High-affinity binding of bioactive glycosylation-inhibiting factor to antigen-primed T cells and natural killer cells

High-affinity binding was demonstrated between suppressor-T-cell-derived bioactive glycosylation-inhibiting factor (GIF) and helper T hybridomas and natural killer cell line cells. Inactive GIF present in cytosol of suppressor T cells and Escherichia coli-derived recombinant human GIF (rhGIF) failed to bind to these cells. However, affinity of rhGIF for the target cells was generated by replacement of Cys-57 in the sequence with Ala or of Asn-106 with Ser or binding of 5-thio-2-nitrobenzoic acid to Cys-60 in the molecule. Such mutations and the chemical modification of rhGIF synergistically increased the affinity of GIF molecules for the target cells. The results indicated that receptors on the target cells recognize conformational structures of bioactive GIF. Equilibrium dissociation constant (Kd) of the specific binding between bioactive rGIF derivatives and high-affinity receptors was 10–100 pM. Receptors for bioactive GIF derivatives were detected on Th1 and Th2 T helper clones and natural killer NK1.1+ cells in normal spleen but not on naive T or B cells. Neither the inactive rGIF nor bioactive rGIF derivatives bound to macrophage and monocyte lines or induced macrophages for tumor necrosis factor α production.

Fas-dependent CD4+ cytotoxic T-cell-mediated pathogenesis during virus infection

β2-Microglobulin-deficient (β2m−) mice generate a CD4+ major histocompatibility complex class II-restricted cytotoxic T-lymphocyte (CTL) response following infection with lymphocytic choriomeningitis (LCM) virus (LCMV). We have determined the cytotoxic mechanism used by these CD4+ CTLs and have examined the role of this cytotoxic activity in pathogenesis of LCM disease in β2m− mice. Lysis of LCMV-infected target cells by CTLs from β2m− mice is inhibited by addition of soluble Fas-Ig fusion proteins or by pretreatment of the CTLs with the protein synthesis inhibitor emetine. In addition, LCMV-infected cell lines that are resistant to anti-Fas-induced apoptosis are refractory to lysis by these virus-specific CD4+ CTLs. These data indicate that LCMV-specific CD4+ CTLs from β2m− mice use a Fas-dependent lytic mechanism. Intracranial (i.c.) infection of β2m− mice with LCMV results in loss of body weight. Fas-deficient β2m−.lpr mice develop a similar wasting disease following i.c. infection. This suggests that Fas-dependent cytotoxicity is not required for LCMV-induced weight loss. A potential mediator of this chronic wasting disease is tumor necrosis factor (TNF)-α, which is produced by LCMV-specific CD4+ CTLs. In contrast to LCMV-induced weight loss, lethal LCM disease in β2m− mice is dependent on Fas-mediated cytotoxicity. Transfer of immune splenocytes from LCMV-infected β2m− mice into irradiated infected β2m− mice results in death of recipient animals. In contrast, transfer of these splenocytes into irradiated infected β2m−.lpr mice does not cause death. Thus a role for CD4+ T-cell-mediated cytotoxicity in virus-induced immunopathology has now been demonstrated.

Genome-wide association study of urinary albumin excretion rate in patients with type 1 diabetes

Aims/hypothesis: An abnormal urinary albumin excretion rate (AER) is often the first clinically detectable manifestation of diabetic nephropathy. Our aim was to estimate the heritability and to detect genetic variation associated with elevated AER in patients with type 1 diabetes. 
 Methods: The discovery phase genome-wide association study (GWAS) included 1,925 patients with type 1 diabetes and with data on 24 h AER. AER was analysed as a continuous trait and the analysis was stratified by the use of antihypertensive medication. Signals with a p value <10^{−4 were followed up in 3,750 additional patients with type 1 diabetes from seven studies.} 
 Results: The narrow-sense heritability, captured with our genotyping platform, was estimated to explain 27.3% of the total AER variability, and 37.6% after adjustment for covariates. In the discovery stage, five single nucleotide polymorphisms in the GLRA3 gene were strongly associated with albuminuria (p < 5 × 10^{−8). In the replication group, a nominally significant association (p = 0.035) was observed between albuminuria and rs1564939 in GLRA3, but this was in the opposite direction. Sequencing of the surrounding genetic region in 48 Finnish and 48 UK individuals supported the possibility that population-specific rare variants contribute to the synthetic association observed at the common variants in GLRA3. The strongest replication (p = 0.026) was obtained for rs2410601 between the PSD3 and SH2D4A genes. Pathway analysis highlighted natural killer cell mediated immunity processes.} 
 Conclusions/interpretation: This study suggests novel pathways and molecular mechanisms for the pathogenesis of albuminuria in type 1 diabetes.

Invariant Natural Killer T Cell Agonist Modulates Experimental Focal and Segmental Glomerulosclerosis

A growing body of evidence demonstrates a correlation between Th2 cytokines and the development of focal and segmental glomerulosclerosis ( FSGS). Therefore, we hypothesized that GSL-1, a monoglycosylceramide from Sphingomonas ssp. with pro-Th1 activity on invariant Natural Killer T ( iNKT) lymphocytes, could counterbalance the Th2 profile and modulate glomerulosclerosis. Using an adriamycin( ADM)-based model of FSGS, we found that BALB/c mice presented albuminuria and glomerular degeneration in association with a Th2-like pro-fibrogenic profile; these mice also expressed a combination of inflammatory cytokines, such as IL-4, IL-1 alpha, IL-1 beta, IL-17, TNF-alpha, and chemokines, such as RANTES and eotaxin. In addition, we observed a decrease in the mRNA levels of GD3 synthase, the enzyme responsible for GD3 metabolism, a glycolipid associated with podocyte physiology. GSL-1 treatment inhibited ADM-induced renal dysfunction and preserved kidney architecture, a phenomenon associated with the induction of a Th1-like response, increased levels of GD3 synthase transcripts and inhibition of pro-fibrotic transcripts and inflammatory cytokines. TGF-beta analysis revealed increased levels of circulating protein and tissue transcripts in both ADM- and GSL-1-treated mice, suggesting that TGF-beta could be associated with both FSGS pathology and iNKT-mediated immunosuppression; therefore, we analyzed the kidney expression of phosphorylated SMAD2/3 and SMAD7 proteins, molecules associated with the deleterious and protective effects of TGF-beta, respectively. We found high levels of phosphoSMAD2/3 in ADM mice in contrast to the GSL-1 treated group in which SMAD7 expression increased. These data suggest that GSL-1 treatment modulates the downstream signaling of TGF-beta through a renoprotective pathway. Finally, GSL-1 treatment at day 4, a period when proteinuria was already established, was still able to improve renal function, preserve renal structure and inhibit fibrogenic transcripts. In conclusion, our work demonstrates that the iNKT agonist GSL-1 modulates the pathogenesis of ADM-induced glomerulosclerosis and may provide an alternative approach to disease management.

Natural killer T cell dysfunction in CD39-null mice protects against concanavalin A-induced hepatitis

Concanavalin A (Con A)-induced injury is an established natural killer T (NKT) cell-mediated model of inflammation that has been used in studies of immune liver disease. Extracellular nucleotides, such as adenosine triphosphate, are released by Con A-stimulated cells and bind to specific purinergic type 2 receptors to modulate immune activation responses. Levels of extracellular nucleotides are in turn closely regulated by ectonucleotidases, such as CD39/NTPDase1. Effects of extracellular nucleotides and CD39 on NKT cell activation and upon hepatic inflammation have been largely unexplored to date. Here, we show that NKT cells express both CD39 and CD73/ecto-5'-nucleotidase and can therefore generate adenosine from extracellular nucleotides, whereas natural killer cells do not express CD73. In vivo, mice null for CD39 are protected from Con A-induced liver injury and show substantively lower serum levels of interleukin-4 and interferon-gamma when compared with matched wild-type mice. Numbers of hepatic NKT cells are significantly decreased in CD39 null mice after Con A administration. Hepatic NKT cells express most P2X and P2Y receptors; exceptions include P2X3 and P2Y11. Heightened levels of apoptosis of CD39 null NKT cells in vivo and in vitro appear to be driven by unimpeded activation of the P2X7 receptor. CONCLUSION: CD39 and CD73 are novel phenotypic markers of NKT cells. Deletion of CD39 modulates nucleotide-mediated cytokine production by, and limits apoptosis of, hepatic NKT cells providing protection against Con A-induced hepatitis. This study illustrates a further role for purinergic signaling in NKT-mediated mechanisms that result in liver immune injury.

Promotion of liver regeneration by natural killer cells in a murine model is dependent on extracellular adenosine triphosphate phosphohydrolysis

Nucleotides, such as adenosine triphosphate (ATP), are released by cellular injury, bind to purinergic receptors expressed on hepatic parenchymal and nonparenchymal cells, and modulate cellular crosstalk. Liver resection and resulting cellular stress initiate such purinergic signaling responses between hepatocytes and innate immune cells, which regulate and ultimately drive liver regeneration. We studied a murine model of partial hepatectomy using immunodeficient mice to determine the effects of natural killer (NK) cell-mediated purinergic signaling on liver regeneration. We noted first that liver NK cells undergo phenotypic changes post-partial hepatectomy (PH) in vivo, including increased cytotoxicity and more immature phenotype manifested by alterations in the expression of CD107a, CD27, CD11b, and CD16. Hepatocellular proliferation is significantly decreased in Rag2/common gamma-null mice (lacking T, B, and NK cells) when compared to wildtype and Rag1-null mice (lacking T and B cells but retaining NK cells). Extracellular ATP levels are elevated post-PH and NK cell cytotoxicity is substantively increased in vivo in response to hydrolysis of extracellular ATP levels by apyrase (soluble NTPDase). Moreover, liver regeneration is significantly increased by the scavenging of extracellular ATP in wildtype mice and in Rag2/common gamma-null mice after adoptive transfer of NK cells. Blockade of NKG2D-dependent interactions significantly decreased hepatocellular proliferation. In vitro, NK cell cytotoxicity is inhibited by extracellular ATP in a manner dependent on P2Y1, P2Y2, and P2X3 receptor activation. Conclusion: We propose that hepatic NK cells are activated and cytotoxic post-PH and support hepatocellular proliferation. NK cell cytotoxicity is, however, attenuated by hepatic release of extracellular ATP by way of the activation of specific P2 receptors. Clearance of extracellular ATP elevates NK cell cytotoxicity and boosts liver regeneration.

Critical contribution of liver natural killer T cells to a murine model of hepatitis

Natural killer T (NKT) cells constitute a distinct subpopulation of T cells with a unique antigen specificity, prompt effector functions, and an unusual tissue distribution. NKT cells are especially abundant in the liver, but their physiological function in this organ remains unclear. In the present study, we examined the possible contribution of NKT cells to a murine model of hepatitis induced by i.v. injection of Con A. CD1-deficient mice lacking NKT cells were highly resistant to Con A-induced hepatitis. Adoptive transfer of hepatic NKT cells isolated from wild-type mice, but not from FasL-deficient gld mice, sensitized CD1-deficient mice to Con A-induced hepatitis. Furthermore, adoptive transfer of hepatic mononuclear cells from wild-type mice, but not from CD1-deficient mice, sensitized gld mice to Con A-induced hepatitis. Upon Con A administration, hepatic NKT cells rapidly up-regulated cell surface FasL expression and FasL-mediated cytotoxicity. At the same time, NKT cells underwent apoptosis leading to their rapid disappearance in the liver. These results implicated FasL expression on liver NKT cells in the pathogenesis of Con A-induced hepatitis, suggesting a similar pathogenic role in human liver diseases such as autoimmune hepatitis.

Defects in acute responses to TLR4 in Btk-deficient mice result in impaired dendritic cell-induced IFN-γ production by natural killer cells

This study defines a critical role for Btk in regulating TLR4-induced crosstalk between antigen presenting cells (APCs) and natural killer (NK) cells. Reduced levels of IL-12, IL-18 and IFN-? were observed in Btk-deficient mice and ex vivo generated macrophages and dendritic cells (DCs) following acute LPS administration, whilst enhanced IL-10 production was observed. In addition, upregulation of activation markers and antigen presentation molecules on APCs was also impaired in the absence of Btk. APCs, by virtue of their ability to produce IL-12 and IL-18, are strong inducers of NK-derived IFN-?. Co-culture experiments demonstrate that Btk-deficient DCs were unable to drive wild-type or Btk-deficient NK cells to induce IFN-? production, whereas these responses could be restored by exogenous administration of IL-12 and IL-18. Thus Btk is a critical regulator of APC-induced NK cell activation by virtue of its ability to regulate IL-12 and IL-18 production in response to acute LPS administration.

Development of a bifunctional CD1d-anti-HER2 scFv fusion molecule to redirect the iNKT cell-mediated immune response to the tumor site

Abstract : Invariant natural killer T lymphocytes (iNKT) are a unique subpopulation of T lymphocytes recognizing glycolipid antigens in the context of the MHC class I-like molecule CD1d. Upon activation with the high affinity ligand α-galactosylceramide (αGalCer), iNKT cells rapidly produce large amounts of the pro-inflammatory cytokine interferon gamma (IFN-γ) and potently activate cells of the innate and adaptive immune response, such as dendritic cells (DCs), NK and T cells. In this context, iNKT cells have been shown to efficiently mediate antitumor activity, and recent research has focused on the manipulation of these cells for antitumor therapies. However, a major drawback of αGalCer as a free drug is that a single injection of this ligand leads to a short-lived iNKT cell activation followed by a long-term anergy, limiting its therapeutic use. In contrast, we demonstrate here that when αGalCer is loaded on a recombinant soluble CD1d molecule (αGalCer/sCD1d), repeated injections lead to a sustained iNKT and NK cell activation associated with IFN-γ secretion as well as with DC maturation. Most importantly, when the αGalCer/sCD1d is fused to an anti-HER2 scFv antibody fragment, potent inhibition of experimental lung metastasis and established subcutaneous tumors is obtained when systemic treatment is started two to seven days after the injection of HER2-expressing B16 melanoma cells, whereas at this time free αGalCer has no effect. The antitumor activity of the sCD1d-anti-HER2 fusion protein is associated with HER2-specific tumor localization and accumulation of iNKT, NK and T cells at the tumor site. Importantly, active T cell immunization combined with the sCD1d-anti-HER2 treatment leads to the accumulation of antigen-specific CD8 T cells exclusively in HER2-expressing tumors, resulting in potent tumor inhibition. In conclusion, sustained activation and tumor targeting of iNKT cells by recombinant αGalCer/sCD1d molecules thus may promote a combined innate and adaptive immune response at the tumor site that may prove to be effective in cancer immunotherapy. RESUME : Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines du complexe majeur d'histocompatibilité de classe I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. En revanche, l'étude présentée ici démontre que, si l'αGalCer est chargé sur des molécules récombinantes soluble CD1d (αGalCer/sCDld), des injections répétées aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si on fusionne la molécule αGalCer/sCD1d avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. De plus, une immunisation active combinée avec le traitement sCD1d-anti-HER2 aboutit à une accumulation des lymphocytes T CD8 spécifiques de l'antigène d'immunisation, ceci exclusivement dans des tumeurs qui expriment l'antigène HER2. Cette combinaison résulte dans une activité anti-tumeur accrue. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules recombinantes αGalCer/sCDld conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer. RESUME POUR UN LARGE PUBLIC : Le cancer est une cause majeure de décès dans le monde. Sur un total de 58 millions de décès enregistrés au niveau mondial en 2005, 7,6 millions (soit 13%) étaient dus au cancer. Les principaux traitements de nombreux cancers sont la chirurgie, en association avec la radiothérapie et la chimiothérapie. Néanmoins, ces traitements nuisent aussi aux cellules normales de notre corps et parfois, ils ne suffisent pas pour éliminer définitivement une tumeur. L'immunothérapie est l'une des nouvelles approches pour la lutte contre le cancer et elle vise à exploiter la spécificité du système immunitaire qui peut distinguer des cellules normales et tumorales. Une cellule exprimant un marqueur tumoral (antigène) peut être reconnue par le système immunitaire humoral (anticorps) et/ou cellulaire, induisant une réponse spécifique contre la tumeur. L'immunothérapie peut s'appuyer alors sur la perfusion d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes tumoraux, par exemple les anticorps dirigés contre les protéines oncogéniques Her-2/neu dans le cancer du sein. Ces anticorps ont le grand avantage de spécifiquement se localiser à la tumeur et d'induire la lyse ou d'inhiber la prolifération des cellules tumorales exprimant l'antigène. Aujourd'hui, six anticorps monoclonaux non-conjugés sont approuvés en clinique. Cependant l'efficacité de ces anticorps contre des tumeurs solides reste limitée et les traitements sont souvent combinés avec de la chimiothérapie. L'immunothérapie spécifique peut également être cellulaire et exploiter par immunisation active le développement de lymphocytes T cytotoxiques (CTL) capables de détruire spécifiquement les cellules malignes. De telles «vaccinations »sont actuellement testées en clinique, mais jusqu'à présent elles n'ont pas abouti aux résultats satisfaisants. Pour obtenir une réponse lymphocytaire T cytotoxique antitumorale, la cellule T doit reconnaître un antigène associé à la tumeur, présenté sous forme de peptide dans un complexe majeur d'histocompatibilité de classe I (CHM I). Cependant les cellules tumorales sont peu efficace dans la présentation d'antigène, car souvent elles se caractérisent par une diminution ou une absence d'expression des molécules d'histocompatibilité de classe I, et expriment peu ou pas de molécules d'adhésion et de cytokines costimulatrices. C'est en partie pourquoi, malgré l'induction de fortes réponses CTL spécifiquement dirigés contre des antigènes tumoraux, les régressions tumorales obtenus grâce à ces vaccinations sont relativement rares. Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines CMH I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. Notre groupe de recherche a donc eu l'idée de développer une nouvelle approche thérapeutique où la réponse immunitaire des cellules iNKT serait prolongée et redirigée vers la tumeur par des anticorps monoclonaux. Concrètement, nous avons produit des molécules récombinantes soluble CD1d (sCD1d) qui, si elles sont chargés avec l'αGalCer (αGalCer/sCDld), aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si la molécule αGalCer/sCD1d est fusionnée avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, la réponse immunitaire est redirigée à la tumeur pour autant que les cellules cancéreuses expriment l'antigène HER2. Les molécules αGalCer/sCDld ainsi présentées activent les lymphocytes iNKT. Avec cette stratégie, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées, même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules récombinantes αGalCer/sCD1d conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer.

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.