Role of neutrophils in "Leishmania" infection

Résumé : Dans le modèle murin d'infection avec le parasite protozoaire Leishmania major (L. major), la souche de souris C57BL/6 est résistante a |'infection et développe une réponse protectrice Thelper (Th) 1. Inversement, les souris de la souche BALB/c développent une réponse Th2 et sont sensibles a cette infection. A la suite d'une infection avec ce parasite, les neutrophiles sont les premières cellules présentes au site d'infection et sont recrutées de manière égale dans les souches résistantes et sensibles à L. major, Néanmoins, trois jours après l'infection, la majorité des neutrophiles disparaissent du site d'infection chez les souris C57BL/6, tandis que ils restent jusqu'a dix jours chez les souris BALB/c. Un rôle crucial des neutrophiles a été démontré durant l'infection avec L. major. En effet, la déplétion de ces cellules avant |'infection dans les souris BALB/c, conduit a une réduction du développement des lésions, associée à une baisse de la charge parasitaire et a une modification de la réponse immunitaire vers une réponse Th1 dans des souris normalement sensibles a |'infection, suggérant un rôle immunorégulateur de ces neutrophiles durant les premiers jours de l'infection. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié le rôle des neutrophiles suite à l'infection avec L. major. Nous avons démontré que le parasite induisait des phénotypes de neutrophiles distincts chez les souris résistantes ou sensibles à L. major. Suite à l'exposition au parasite, les neutrophiles de souris C57BL/6 ont montré une expression élevée des récepteurs Toll-like 2, 7 et 9 ainsi que la sécrétion d'lL-12p7O et d'lL-10, alors que ceux de souris BALB/c sécrétaient de l'IL-12p40 et du TGFB. Nous avons ensuite démontré qu'en réponse à L. major, au contraire des neutrophiles de BALB/c, les neutrophiles de souris résistantes C57BL/6, libéraient la chimiokine CCL3 attirant les cellules dendritiques. Le rôle crucial de cette chimiokine dans la migration de la première de vague de cellules dendritiques au site d'infection ainsi que son rôle dans le développement de la réponse immunitaire subséquente a été établi. Ces résultats démontrent que les neutrophiles, suite a |'infection avec le parasite L. major, créent un microenvironnement capable de déterminer le développement d'une réponse immunitaire spécifique a un antigène. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés au rôle des neutrophiles suite a l'infection avec d'autres espèces de Leishmania: L, doriovani et L. mexicaria, agents responsables de leishmaniose viscérale et cutanée chronique respectivement. Un rôle crucial des neutrophiles a été démontré dans la réponse protectrice suite a l'infection avec L. donovani, l'absence de ces cellules amenant à une susceptibilité au parasite accrue, associée avec une induction préférentielle d'une réponse Th2. Inversement, la déplétion des neutrophiles lors de l'infection avec L. mexicaria aboutit a une résistance accrue, comme constaté par la baisse dela charge parasitaire, la hausse de la réponse Th1 ainsi la baisse de la réponse Th2 dans les souris déplétées en neutrophiles. Néanmoins, malgré le rôle délétère des neutrophiles sur le développement d'une réponse protectrice suite à |'infection avec L. mexicana, ces cellules sont nécessaires pour une résolution correcte dela réponse inflammatoire. En résumé, cette étude révèle un rôle majeur des neutrophiles lors de |'infection avec plusieurs especes de Leishmania. Résumé pour un large public : Les neutrophiles font partie de la famille des globules blancs. A la suite d'une infection, ces cellules sont les premières a être recrutées au site d'infection et sont impliquées dans |'élimination des pathogènes. Dans cette thèse, nous nous somme donc intéressés au rôle que pouvaient jouer ces neutrophiles durant l'infection avec le parasite protozoaire Leishmania major (L. major). Dans le modèle murin d'infection avec L. major, la majorité des souches de souris utilisées dans la recherche, dont les souris de la souche C57BL/6, développent de petites lésions qui guérissent spontanément après quelques semaines (souris résistantes). ll existe néanmoins, quelques souches de souris, dont la souche de souris BALB/c, qui développent des lésions qui ne guérissent pas (souris sensibles). Il a été observé que lors de l'lnfection avec ce parasites les neutrophiles étaient les premières cellules recrutées au site de l'lnfection dans toutes les souches de souris, toutefois trois jours après le début dela réaction immunitaire, la majorité des neutrophiles disparaissent chez les souris C57BL/6, tandis qu'ils restent jusqu'à dix jours chez les souris BALB/c. De plus, un rôle crucial des neutrophiles a été démontré durant l'infection avec L. major. En effet, l'absence de neutrophiles durant les trois premiers jours de l'infection chez les souris sensibles à |'infection, rend ces souris résistantes. Ces résultats suggèrent donc un rôle régulateur de la réponse immunitaire des neutrophiles durant les premiers jours de l'infection. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié le rôle des neutrophiles suite à l'infection avec L. major. Nous avons donc analysé la sécrétion des cytokines, molécules essentielles qui déterminent la réponse immunitaire, par les neutrophiles. Nous avons démontré que le parasite induisait une sécrétion de cytokines différente entre les souris résistantes ou sensibles a L. major. Nous avons ensuite démontré que seule la souche de souris résistante sécrétait la chimiokine CCL3, connue pour être impliquée dans le recrutement de différentes cellules au site d'infecti0n, dont les cellules dendritiques. Les cellules dendritiques sont un élément fondamental pour un bon déroulement d'une réponse immunitaire, de par leur rôle décisif de liaison entre une réponse précoce non-spécifique au pathogène et une réponse plus tardive spécifique au pathogène et nécessaire pour |'élimination de dernier. Nous avons démontré que les neutrophiles de souris résistantes sécrétaient CCL3 et recrutaient les cellules dendritiques au site d'infecti0n, jouant de ce fait un rôle essentiel dans le développement de la réponse immunitaire. Ces résultats démontrent que les neutrophiles, suite à l'infection avec le parasite L. major, créent un microenvironnement capable de déterminer le développement d'une réponse immunitaire. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés au rôle des neutrophiles suite à l'lnfection avec d'autres espèces de Leishmania, L. donovani et L. mexicana. Nous avons pu montrer un rôle crucial de ces cellules dans la réponse à ces deux parasites. En effet, suite à |'infection avec L. donovani, un rôle protecteur des neutrophiles a été observé, leur absence menant à une susceptibilité accrue aux parasites. Dans le cas de l'infection avec L. mexicana, une réduction de |'infection a été observée en absence de neutrophiles, avec néanmoins une augmentation de la lésion, suggérant un rôle important de ces cellules dans le développement de la réponse immunitaire ainsi que dans le contrôle de la réponse inflammatoire. En résumé, cette étude révèle un rôle majeur des neutrophiles lors de l'lnfection avec plusieurs membres de la famille Leishrnania. Summary : Upon infection with the protozoan parasite Leishmania major (L. major), C57BL/6 mice show a resistant phenotype, developing a protective Thelper (Th) 1 response. ln contrast, BALB/c mice develop a Th2 response and are susceptible to infection. Following inoculation with the parasite, neutrophils are the first cells migrating at the site of infection and are equally recruited in both L. major- resistant and susceptible mouse strains. However, after three days of infection, almost all neutrophils disappear from the site of infection in C57BL/6 mice, while they persist until ten days in BALB/c mice. Neutrophils were shown to play a crucial role during infection with L. major. indeed, depletion of these cells in BALB/c mice prior to infection with the parasite led to a lower Iesion development, associated with a lower parasite burden and a modification in the immune response towards a Th1 response in these otherwise susceptible mice, suggesting an immunomodulatory role for neutrophils during the first days of infection. ln the first part of this thesis, we were interested in better understanding the role of neutrophils in infection with L. major. \/\/e found that this parasite was inducing distinct neutrophil phenotypes in L. major-resistant and susceptible mice. Upon exposition with L. major, C57BL/6 neutrophils were reported to express high level of Toll-like receptors 2, 7, 9 mRNA and secrete IL-12p70 and IL-10, while BALB/c neutrophils secreted homodimers of IL-12p40, and TGFB. We then demonstrated that in response to L. major, neutrophils from L. major-resistant C57BL/6 mice release the CCL3 dendritic cell attracting chemokine, which is critical for the first wave of dendritic cell migration to the site of infection and in the development of the subsequent immune response. Altogether, these results demonstrated that upon infection with L. major, neutrophils create a microenvironment that can determine the development of an antigen-specific immune response. ln the second part of the thesis we were interested in understanding the role of neutrophils upon infection with of other species of Leishmania: L. donovani causing visceral leishmaniasis and L. mexicana, agent of chronic cutaneous leishmaniasis. Upon infection with L. donovani, neutrophils were found to play a crucial role in the early protective response, their absence leading to an increased susceptibility to the parasite, associated with the preferential induction of a Th2 response. ln contrast, depletion of these cells early in infection with L. mexicana was leading to an increased resistance, as observed by a decreased parasite burden, increased Th1 and decreased Th2 response in neutrophil-depleted mice. However, despite the deleterious role of neutrophils on the development of a protective immune response upon L. mexicana infection, these cells were required for the proper resolution of the inflammatory response. Altogether, these results highlight a major immunomodulatory role for neutrophils in infection with several species of Leishmania.

The role of neutrophils upon leishmania major infection

Les neutrophiles constituent la première ligne de défense contre un grand nombre de pathogènes. Après infection avec Leishmania major, les neutrophiles migrent rapidement et massivement au site d'infection par le parasite. Les neutrophiles sont d'importants acteurs dans l'orchestration de la réponse anti-Leishmania, via la sécrétion de nombreuses cytokines, chimiokines et composés stockés dans leurs granules. De plus, les neutrophiles interagissent avec les cellules présentatrices d'antigènes, telles que les cellules dendritiques et en conséquences contribuent au développement de la réponse adaptative. A ce jour, l'impact des neutrophiles sur 1'activation des cellules dendritiques et les possibles conséquences de l'interaction neutrophiles avec ces dernières sur l'évolution de la maladie suite à l'infection avec L. major reste peu connu. Ainsi, nous avons dans un premier temps investigué l'influence des neutrophiles sur 1'activation des cellules dendritiques in vitro. Suite à cela, nous avons analysé le rôle des neutrophiles sur 1'activation des cellules dendritiques présentes au site d'infection et dans les ganglions drainants in vivo, après inoculation intra-dermale de L. major dans le pavillon auriculaire de souris de souche C57BL/6 et BALB/c, ainsi que les conséquences de la déplétion des neutrophiles sur l'évolution de la maladie. Nous avons pu démontrer que les neutrophiles ont un impact négatif sur l'activation des cellules dendritiques exposées à L. major in vitro, via des mécanismes impliquant la sécrétion de Prostaglandines par les neutrophiles et la séquestration des parasites. La déplétion des neutrophiles dans les souris BALB/c durant les premiers jours après infection avec L. major dans le derme de l'oreille résulte en une augmentation de l'expression de marqueurs d'activation des cellules dendritiques présentes dans les ganglions drainants, mais pas au site d'infection. De plus, les souris BALB/c transitoirement déplétées en neutrophiles développent des lésions significativement plus petites, une réponse de type Th2 diminuée et une charge parasitaire plus faible au site d'infection que les souris non déplétées. La déplétion des neutrophiles dans les souris C57BL/6 n'a pas d'influence détectable sur l'activation des cellules dendritiques que ce soit au niveau des ganglions drainants ou au site d'infection. La progression de la lésion et la charge parasitaire ne sont pas affectées par la déplétion des neutrophiles, malgré le développement d'une réponse Th2 diminuée par rapport aux souris non déplétées. En résumé, dans les premières heures après infection, les neutrophiles ont un effet négatif sur l'activation des cellules dendritiques et sur la réponse anti-Leishmania dans les souris BALB/c tandis que leur rôle paraît moins important dans les souris C57BL/6. Ces résultats peuvent avoir d'importantes implications en terme de développement de nouveaux vaccins contre Leishmania. - Neutrophils constitute the first line of defense against a variety of pathogens. Following Leihmania major infection neutrophils migrate rapidly and massively to the site of parasite inoculation. They are important players in the orchestration of the anti-leishmania response through the release of a plethora of cytokines, chemokines and granular components. In addition, neutrophils interact with antigen-presenting cells such as dendritic cells (DCs) and thereby contribute to the development of the adaptive immune response. However, the impact of neutrophils on the activation of DCs and possible consequences on disease progression following L. major infection are poorly understood. Therefore, we first investigated the influence of neutrophils on DC activation in vitro. Next we analyzed the role of neutrophils on the activation of DCs present at the site of infection and in the draining lymph node (dLN) following inoculation of L. major in the ear pinna of C57BL/6 and BALB/c mice and analyzed the consequences of early neutrophil depletion on disease progression. We could demonstrate that neutrophils had a negative impact on the activation of DCs exposed to L. major in vitro through mechanisms involving neutrophil-derived prostaglandins and sequestration of parasites. In BALB/c mice, depletion of neutrophils during the first days of infection with L. major in the ear dermis increased the expression of activation markers on dLN DCs but not on DCs present at the site of infection. In addition, BALB/c mice transiently depleted of neutrophils developed significantly smaller lesions, a decreased Th2 immune response and harbored fewer parasites at the site of infection compared to non-depleted littermates. In C57BL/6, mice early depletion of neutrophils had no detectable impact on the activation of DCs both at the site of infection and in the dLN following L. major inoculation. Furthermore, depletion of neutrophils had no major effect on lesion evolution and parasite loads despite the development of a decreased Th2 immune response compared to non- depleted littermates. In summary, at the onset of infection, neutrophils are detrimental for DC activation and the anti-leishmania response in BALB/c mice while their role appears to be less important in C57BL/6 mice. These findings could have important implications for the design of new vaccination strategies.

Leishmania major: histone H1 gene expression from the sw3 locus.

Histone H1 in the parasitic protozoan Leishmania is a developmentally regulated protein encoded by the sw3 gene. Here we report that histone H1 variants exist in different Leishmania species and strains of L. major and that they are encoded by polymorphic genes. Amplification of the sw3 gene from the genome of three strains of L. major gave rise to different products in each strain, suggesting the presence of a multicopy gene family. In L. major, these genes were all restricted to a 50-kb Bg/II fragment found on a chromosomal band of 1.3 Mb (chromosome 27). The detection of RFLPs in this locus demonstrated its heterogeneity within several species and strains of Leishmania. Two different copies of sw3 (sw3.0 and sw3.1) were identified after screening a cosmid library containing L. major strain Friedlin genomic DNA. They were identical in their 5' UTRs and open reading frames, but differed in their 3' UTRs. With respect to the originally cloned copy of sw3 from L. major strain LV39, their open reading frames lacked a repeat unit of 9 amino acids. Immunoblots of L. guyanensis parasites transfected with these cosmids revealed that both copies could give rise to the histone H1 protein. The characterization of this locus will now make possible a detailed analysis of the function of histone H1 in Leishmania, as well as permit the dissection of the molecular mechanisms governing the developmental regulation of the sw3 gene.

The fate and persistence of Leishmania major in mice of different genetic backgrounds: an example of exploitation of the immune system by intracellular parasites.

Leishmania spp. are intracellular protozoan parasites that are delivered within the dermis of their vertebrate hosts. Within this peripheral tissue and the draining lymph node, they find and/or rapidly create dynamic microenvironments that determine their ultimate fate, namely their more or less successful expansion, and favour their transmission to another vertebrate host though a blood-feeding vector. Depending on their genetic characteristics as well as the genetic make-up of their hosts, once within the dermis Leishmania spp. very rapidly drive and maintain sustained T cell-dependent immune responses that arbitrate their ultimate fate within their hosts. The analysis of the parasitism exerted by Leishmania major in mice of different genetic backgrounds has allowed us to recognize some of the early and late mechanisms driven by this parasite that lead to either uncontrolled or restricted parasitism. Uncontrolled parasitism by Leishmania major characterizing mice from a few inbred strains (e.g. BALB/c) is associated with the expansion of parasite reactive Th2 CD4 lymphocytes and results from their rapid and sustained activity. In contrast, restricted parasitism characteristic of mice from the majority of inbred strains results from the development of a polarized parasite-specific Th1 CD4 response. This murine model of infection has already been and will continue to be particularly instrumental in dissecting the rules controlling the pathway of differentiation of T cells in vivo. In the long run, the understanding of these rules should contribute to the rational development of novel immunotherapeutic interventions against severe infectious diseases.

In leishmaniasis due to Leishmania guyanensis infection, distinct intralesional interleukin-10 and Foxp3 mRNA expression are associated with unresponsiveness to treatment.

The presence of intralesional natural regulatory T cells, characterized by the expression of Foxp3 mRNA, was analyzed in patients with localized leishmaniasis due to Leishmania guyanensis infection that was unresponsive to treatment with pentamidine isethionate. Foxp3 mRNA levels were associated with unresponsiveness to treatment among patients with a lesion duration of 1 month, but this association was not observed among patients with a lesion duration of <1 month. In conclusion, high intralesional expression of Foxp3 might be an indicator of poor response to treatment, depending on the duration of lesions.

Metastatic leishmaniasis. A chronic inflammatory response to Leishmania's viral endosymbiont.

Leishmania parasites have been plaguing humankind for centuries as a range of skin diseases named the cutaneous leishmaniases (CL). Carried in a hematophagous sand fly, Leishmania usually infests the skin surrounding the bite site, causing a destructive immune response that may persist for months or even years. The various symptomatic outcomes of CL range from a benevolent self- healing reddened bump to extensive open ulcerations, resistant to treatment and resulting in life- changing disfiguration. Many of these more aggressive outcomes are geographically isolated within the habitats of certain Neotropical Leishmania species; where about 15% of cases experience metastatic complications. However, despite this correlation, genetic analysis has revealed no major differences between species causing the various disease forms. We have recently identified a cytoplasmic dsRNA virus within metastatic L. guyanensis parasites that acts as a potent innate immunogen capable of worsening lesionai inflammation and prolonging parasite survival. The dsRNA genome of Leishmania RNA virus (LRV) binds and stimulates Toll-Like-Receptor-3 (TLR3), inducing this destructive inflammation, which we speculate as a factor contributing to the development of metastatic disease. This thesis establishes the first experimental model of LRV-mediated leishmanial metastasis and investigates the role of non-TLR3 viral recognition pathways in LRV-mediated pathology. Viral dsRNA can be detected by various non-TLR3 pattern recognition receptors (PRR); two such PRR groups are the RLRs (Retinoic acid-inducible gene 1 like receptors) and the NLRs (nucleotide- binding domain, leucine-rich repeat containing receptors). The RLRs are designed to detect viral dsRNA in the cytoplasm, while the NLRs react to molecular "danger" signals of cell damage, often oligomerizing into molecular scaffolds called "inflammasomes" that activate a potent inflammatory cascade. Interestingly, we found that neither RLR signalling nor the inflammasome pathway had an effect on LRV-mediated pathology. In contrast, we found a dramatic inflammasome independent effect for the NLR family member, NLRP10, where a knockout mouse model showed little evidence of disease. This phenotype was mimicked in an NLR knockout with which NLRP10 is known to interact: NLRC2. As this pathway induces the chronic inflammatory cell lineage TH17, we investigated the role of its key chronic inflammatory cytokine, IL-17A, in human patients infected by L. guyanensis. Indeed, patients infected with LRV+ parasites had a significantly increased level of IL-17A in lesionai biopsies. Interestingly, LRV presence was also associated with a significant decrease in the correlate of protection, IFN-y. This association was repeated in our murine model, where after we were able to establish the first experimental model of LRV-dependent leishmanial metastasis, which was mediated by IL-17A in the absence of IFN-y. Finally, we tested a new inhibitor of IL-17A secretion, SR1001, and reveal its potential as a Prophylactic immunomodulator and potent parasitotoxic drug. Taken together, these findings provide a basis for anti-IL-17A as a feasible therapeutic intervention to prevent and treat the metastatic complications of cutaneous leishmaniasis. -- Les parasites Leishmania infectent l'homme depuis des siècles causant des affections cutanées, appelées leishmanioses cutanées (LC). Le parasite est transmis par la mouche des sables et réside dans le derme à l'endroit de la piqûre. Au niveau de la peau, le parasite provoque une réponse immunitaire destructrice qui peut persister pendant des mois voire des années. Les symptômes de LC vont d'une simple enflure qui guérit spontanément jusqu' à de vastes ulcérations ouvertes, résistantes aux traitements. Des manifestations plus agressives sont déterminées par les habitats géographiques de certaines espèces de Leishmania. Dans ces cas, environ 15% des patients développent des lésions métastatiques. Aucun «facteur métastatique» n'a encore été trouvé à ce jour dans ces espèces. Récemment, nous avons pu identifier un virus résidant dans certains parasites métastatiques présents en Guyane française (appelé Leishmania-virus, ou LV) et qui confère un avantage de survie à son hôte parasitaire. Ce virus active fortement la réponse inflammatoire, aggravant l'inflammation et prolongeant l'infection parasitaire. Afin de diagnostiquer, prévenir et traiter ces lésions, nous nous sommes intéressés à identifier les composants de la voie de signalisation anti-virale, responsables de la persistance de cette inflammation. Cette étude décrit le premier modèle expérimental de métastases de la leishmaniose induites par LV, et identifie plusieurs composants de la voie inflammatoire anti-virale qui facilite la pathologie métastatique. Contrairement à l'homme, les souris de laboratoire infectées par des Leishmania métastatiques (contenant LV, LV+) ne développent pas de lésions métastatiques et guérissent après quelques semaines d'infection. Après avoir analysé un groupe de patients atteints de leishmaniose en Guyane française, nous avons constaté que les personnes infectées avec les parasites métastatiques LV+ avaient des niveaux significativement plus faibles d'un composant immunitaire protecteur important, appelé l'interféron (IFN)-y. En utilisant des souris génétiquement modifiées, incapables de produire de l'IFN-y, nous avons observé de telles métastases. Après inoculation dans le coussinet plantaire de souris IFN-y7" avec des parasites LV+ ou LV-, nous avons démontré que seules les souris infectées avec des leishmanies ayant LV développent de multiples lésions secondaires sur la queue. Comme nous l'avons observé chez l'homme, ces souris sécrètent une quantité significativement élevée d'un composant inflammatoire destructeur, l'interleukine (IL)-17. IL-17 a été incriminée pour son rôle dans de nombreuses maladies inflammatoires chroniques. On a ainsi trouvé un rôle destructif similaire pour l'IL-17 dans la leishmaniose métastatique. Nous avons confirmé ce rôle en abrogeant IL-17 dans des souris IFN-y7- ce qui ralentit l'apparition des métastases. Nous pouvons donc conclure que les métastases de la leishmaniose sont induites par l'IL-17 en absence d'IFN-v. En analysant plus en détails les voies de signalisation anti-virale induites par LV, nous avons pu exclure d'autres voies d'activation de la réponse inflammatoire. Nous avons ainsi démontré que la signalisation par LV est indépendante de la signalisation inflammatoire de type « inflammasome ». En revanche, nous avons pu y lier plusieurs autres molécules, telles que NLRP10 et NLRC2, connues pour leur synergie avec les réponses inflammatoires. Cette nouvelle voie pourrait être la cible pour des médicaments inhibant l'inflammation. En effet, un nouveau médicament qui bloque la production d'IL-17 chez la souris s'est montré prometteur dans notre modèle : il a réduit le gonflement des lésions ainsi que la charge parasitaire, indiquant que la voie anti-virale /inflammatoire est une approche thérapeutique possible pour prévenir et traiter cette infection négligée.

The MyD88 protein 88 pathway is differently involved in immune responses induced by distinct substrains of Leishmania major.

Host resistance to Leishmania major is highly dependent on the development of a Th1 immune response. The TLR adaptator myeloid differentiation protein 88 (MyD88) has been implicated in the Th1 immune response associated with the resistant phenotype observed in C57BL/6 mice after infection with L. major. To investigate whether the MyD88 pathway is differentially used by distinct substrains of parasites, MyD88(-/-) C57BL/6 mice were infected with two substrains of L. major, namely L. major LV39 and L. major IR75. MyD88(-/-) mice were susceptible to both substrains of L. major, although with different kinetics of infection. The mechanisms involved during the immune response associated with susceptibility of MyD88(-/-) mice to L. major is however, parasite substrain-dependent. Susceptibility of MyD88(-/-) mice infected with L. major IR75 is a consequence of Th2 immune-deviation, whereas susceptibility of MyD88(-/-) mice to infection with L. major LV39 resulted from an impaired Th1 response. Depletion of regulatory T cells (Treg) partially restored IFN-gamma secretion and the Th1 immune response in MyD88(-/-) mice infected with L. major LV39, demonstrating a role of Treg activity in the development of an impaired Th1 response in these mice.

Processing of metacaspase into a cytoplasmic catalytic domain mediating cell death in Leishmania major.

Metacaspases are cysteine peptidases that could play a role similar to caspases in the cell death programme of plants, fungi and protozoa. The human protozoan parasite Leishmania major expresses a single metacaspase (LmjMCA) harbouring a central domain with the catalytic dyad histidine and cysteine as found in caspases. In this study, we investigated the processing sites important for the maturation of LmjMCA catalytic domain, the cellular localization of LmjMCA polypeptides, and the functional role of the catalytic domain in the cell death pathway of Leishmania parasites. Although LmjMCA polypeptide precursor form harbours a functional mitochondrial localization signal (MLS), we determined that LmjMCA polypeptides are mainly localized in the cytoplasm. In stress conditions, LmjMCA precursor forms were extensively processed into soluble forms containing the catalytic domain. This domain was sufficient to enhance sensitivity of parasites to hydrogen peroxide by impairing the mitochondrion. These data provide experimental evidences of the importance of LmjMCA processing into an active catalytic domain and of its role in disrupting mitochondria, which could be relevant in the design of new drugs to fight leishmaniasis and likely other protozoan parasitic diseases.

An essential role for transmembrane TNF in the resolution of the inflammatory lesion induced by Leishmania major infection.

TNF is an essential player in infections with Leishmania major, contributing to the control of the inflammatory lesion and, to a lesser degree, to parasite killing. However, the relative contribution of the soluble and transmembrane forms of TNF in these processes is unknown. To investigate the role of transmembrane TNF (mTNF) in the control of L. major infections, mTNF-knock-in (mTNF(Delta/Delta)) mice, which express functional mTNF but do not release soluble TNF, were infected with L. major, and the development of the inflammatory lesion and the immune response was compared to that occurring in L. major-infected TNF(-/-) and wild-type mice. mTNF(Delta/Delta) mice controlled the infection and resolved their inflammatory lesion as well as wild-type mice, a process associated with the early clearance of neutrophils at the site of parasite infection. In contrast, L. major-infected TNF(-/-) mice developed non-healing lesions, characterized by an elevated presence of neutrophils at the site of infection and partial control of parasite number within the lesions. Altogether, the results presented here demonstrate that mTNF, in absence of soluble TNF, is sufficient to control infection due to L. major, enabling the regulation of inflammation, and the optimal killing of Leishmania parasites at the site of infection.

The early IL-4 response to Leishmania major responsible for progressive disease in BALB/c mice is subject to the control of autocrine IL-2 production and regulatory CD4+C25+ T cells

Résumé : La majorité des souches de souris de laboratoire sont résistantes à l'infection par le parasite Leishmania major (L. major). A l'opposé, les souris de la souche BALB développent une maladie évolutive. La résistance et la sensibilité sont corrélées avec l'apparition de lymphocytes T CD4+ spécifiques du parasite, Th1 (de l'anglais T helper) ou Th2 respectivement. La réponse aberrante Th2 chez les souris de la souche BALB/c dépend, au moins en partie, de façon critique de la production rapide d'IL-4 suite à l'infection. Ce pic précoce d'IL-4 est produit par une population de lymphocytes T CD4+ restreinte aux molécules du MHC de classe II, exprimant les chaînes du récepteur des cellules T Vß4-Va8. Ces lymphocytes sont spécifiques d'un épitope de l'homologue Leishmania de la molécule RACK1 des mammifères, appelée LACK. Il a été clairement démontré que l'IL-4 rapidement produite par ces cellules T CD4+ Vß4-Va8 induit la maturation Th2 responsable de la sensibilité vis-à-vis de L. major. Des expériences ont été entreprises pour étudier la régulation de cette réponse précoce d'IL-4. Dans ce travail, nous avons documenté, dans les cellules provenant des ganglions de souris sensibles infectées par L. major, une augmentation de la transcription de l'ARNm de l'IL-2 qui précède la réponse précoce d'IL-4. La neutralisation de l'IL-2 durant les premiers jours d'infection induit la maturation des cellules Thl et la résistance vis-à-vis de L. major. Ces effets de l'anticorps anti-IL-2 neutralisant sont liés à sa capacité d'interférer avec la transcription rapide d'IL-4 des cellules CD4+ réactives à l'antigène LACK. Une augmentation similaire d'IL-2 survient chez les souris résistantes C57BL/6 qui sont incapables de générer la réponse précoce d'IL-4. Cependant, la protéiné LACK induit une transcription précoce d'IL-2 uniquement chez les souris sensibles. Des expériences de reconstitution utilisant des souris C.B.-17 SCID et des cellules T CD4+ réactives à LACK provenant de souris BALB/c IL-2-~démontrent un mode d'action autocrine de l'IL-2 sur la régulation de la réponse précoce d'IL4. Par conséquent, chez les souris C57BL/6, l'absence du pic précoce d'ARNm de l'IL-4 important pour la progression de la maladie paraît liée à l'incapacité des cellules T CD4+ réactives à LACK de produire de l'IL-2. Un rôle dans le contrôle de la production précoce d'IL-4 par les cellules T régulatrices CD4+CD25+ a été investigué en déplétant in vivo cette population de cellules. La déplétion induit une élévation du pic précoce de l'ARNm de l'IL-4 dans les ganglions drainant de souris BALB/c, ainsi qu'une exacerbation du cours de la maladie avec des taux augmentés d'IL-4 dans les ganglions. La réponse rapide d'IL-2 vis-à-vis de L. major est aussi significativement augmentée chez les souris BALB/c déplétées en cellules CD4+CD25+. De plus, nous avons démontré que le transfert de 10puissance(7) cellules provenant de la rate de souris BALB/c déplétées en cellules T régulatrices CD4+CD25+ rend les souris SCID sensibles à l'infection et permet la différentiation Th2. Au contraire, les souris SCID reconstituées avec 10' cellules de la rate de souris BALB/c contrôle sont résistantes à infection par L. major et développent une réponse Thl. Chez les souris SCID reconstituées avec des cellules de rate déplétées en cellules exprimant le marqueur CD25, le traitement avec un anticorps neutralisant l'IL-4 au moment de l'infection par L. major prévient le développement de la réponse Th2 et rend ces souris résistantes à l'infection. Ces résultats démontrent que les cellules T régulatrices CD4+CD25+ jouent un rôle dans la régulation du pic précoce d'IL-4 responsable du développement cellulaire Th2 dans ce modèle d'infection. Summary Mice from most strains are resistant to infection with Leishmania major (L. major). In contrast, BALB mice develop progressive disease. Resistance and susceptibility result from parasite-specific CD4+ Thl or Th2 cells, respectively. The aberrant Th2 response in BALB/c mice depends, at least in part, upon the production of IL-4 early after infection. The CD4+ T cells responsible for this early IL-4 response to L. major express a restricted TCR repertoire (Vß4-Va8) and respond to an I-Ad-restricted epitope of the Leishmania homologue of mammalian RACK1, designated LACK. The role of these cells and the IL-4 they produce for subsequent Th2 cell development and disease progression in BALB/c mice was demonstrated. Experiments have been undertaken to study the regulation of the rapid IL-4 production to L. major. In this report, we document an IL-2 mRNA burst, preceding the reported early IL-4 response, in draining lymph nodes of susceptible mice infected with L. major. Neutralization of IL-2 during the first days of infection redirected Thl cell maturation and resistance to L. major, through interference with the rapid IL-4 transcription in LACKreactive CD4+ cells. A burst of IL-2 transcripts also occurred in infected C57BL/6 mice that do not mount an early IL-4 response. However, although the LACK protein induced IL-2 transcripts in susceptible mice, it failed to trigger this response in resistant C57BL/6 mice. Reconstitution experiments using C.B.-17 SCID mice and LACK-reactive CD4+ T cells from IL-2-/- BALB/c mice showed that triggering of the early IL-4 response required autocrine IL2. Thus, in C57BL/6 mice, the inability of LACK-reactive CD4+ T cells to express early IL-4 mRNA transcription, important for disease progression, appears due to an incapacity of these cells to produce IL-2. A role for CD4+CD25+ regulatory T cells in the control of this early IL-4 production was investigated by depleting in vivo this regulatory T cell population. Depletion induced an increase in the early burst of IL-4 mRNA in the draining lymph nodes of BALB/c mice, and exacerbated the course of disease with higher levels of IL-4 mRNA and protein in their lymph nodes. The rapid IL-2 response to L. major is also significantly enhanced in BALB/c mice depleted of CD4+CD25+ cells. We further showed that transfer of 10~ BALB/c spleen cells that were depleted of CD4+CD25+ regulatory T cells rendered SCID mice susceptible to infection and allowed Th2 differentiation while SCID mice reconstituted with 10 control BALB/c spleen cells were resistant to infection with L. major and developed a Thl response. Treatment with a mAb against IL-4 upon infection with L. major in SCID mice reconstituted with CD25-depleted spleen cells prevented the development of Th2 polarization and rendered them resistant to infection. These results demonstrate that CD4+CD25+ regulatory T cells play a role in regulating the early IL-4 mRNA and the subsequent development of a Th2 response in this model of infection.

Expansion of gamma delta+ T cells in BALB/c mice infected with Leishmania major is dependent upon Th2-type CD4+ T cells.

T cells belong to either the alpha beta+ or gamma delta+ lineage as defined by their antigen receptor. Although both T-cell subsets have been shown to be involved in the immune response to the parasite Leishmania major, very little is known about possible interactions between these two populations. In this study, using a mouse model of infection with L. major, we showed that expansion of a subset of gamma delta+ T cells in vivo is dependent upon the presence of alpha beta+ CD4+ T cells. Moreover, this effect appears to be mediated via the secretion of lymphokines by CD4+ cells with a T-helper 2 (Th2) functional phenotype. Results showing that activation of Th2-type cells in mice treated with anti-immunoglobulin D antibodies or infected with Nippostrongylus brasiliensis also results in gamma delta+ T-cell expansion suggest that this effect of the Th2-type CD4+ cells is a general phenomenon not restricted to infection with L. major.

IFN-gamma-producing CD45RA+CD8+ and IL-10-producing CD45RA-CD4+ T cells generated in response to LACK in naive subjects never exposed to Leishmania.

Leishmania guyanensis (L.g.)-specific CD8+ T cells can be isolated from PBMC of subjects who have never been previously exposed to Leishmania. Cells that produce IFN-gamma in response to live L.g. are generated from naive CD45RA+CD8+ T cells. The generation of L.g.-specific CD8+ T cells requires the presence of whole L.g. or UV-irradiated parasite but not the soluble antigens from L.g. promastigotes. The IFN-gamma-producing T cells recognize a specific antigen, the Leishmania homologue of receptors of activated C kinases (LACK) and this antigen but not live L.g. can produce a strong IL-10 response in CD45RA-CD4+ memory T cells from naive subjects. A single epitope (amino acid 156-173) is found to induce the IL-10 synthesis. While the IFN-gamma-producing cells are present among CD45RA+CD8+ T cells that are CD62L-CDR7- and CLA-, the LACK-reactive IL-10-producing cells are CD4+ T cells that are CD62L+CCR7- and CLA-.

Role of neutrophils in the early shaping of the Leishmania major specific immune response in experimental murine cutaneous Leishmaniasis

The development of a protective immune response to microorganisms involves complex interactions between the host and the pathogen. The murine model of infection with Leishmania major (L. major) allows the study of the factors leading to the development of a protective immune response. Following infection with the protozoan parasite L. major, most strains of mice heal their lesions, while a few fail to control infection, both processes linked to the development of specific T helper subsets. The early events occurring during the first days following parasite inoculation are thought to be critical in the development of the Leishmania-specific immune response. Neutrophils are the first cells arriving massively to the site of infection, and recent evidence points to their role as organizers of the immune response, yet their specific role in this process remains elusive. Through interactions with cells present at the parasite inoculation site, and possibly within the draining lymph nodes, neutrophils could have an impact not only on the recruitment of inflammatory cells but also on the activation of local as well as newly migrated cells that will be crucial in shaping the Leishmania-specific immune response.

Functional plasticity of the LACK-reactive Vbeta4-Valpha8 CD4(+) T cells normally producing the early IL-4 instructing Th2 cell development and susceptibility to Leishmania major in BALB / c mice.

Early production of IL-4 by LACK-reactive Vbeta4-Valpha8 CD4(+) T cells instructs aberrant Th2 cell development and susceptibility to Leishmania major in BALB / c mice. This was demonstrated using Vbeta4(+)-deficient BALB / c mice as a result of chronic infection with MMTV (SIM), a mouse mammary tumor virus expressing a Vbeta4-specific superantigen. The early IL-4 response was absent in these mice which develop a Th1 response to L. major. Here, we studied the functional plasticity of LACK-reactive Vbeta4-Valpha8 CD4(+) T cells using BALB/ c mice inoculated with L. major shortly after infection with MMTV (SIM), i. e. before deletion of Vbeta4(+) cells. These mice fail to produce the early IL-4 response to L. major and instead exhibit an IFN-gamma response that occurs within LACK-reactive Vbeta4-Valpha8 CD4(+) T cells. Neutralization of IFN-gamma restores the production of IL-4 by these cells. These data suggest that the functional properties of LACK-reactive Vbeta4-Valpha8 CD4(+) T cells are not irreversibly fixed.