Adenovirus-mediated siRNA targeting TNF-α and overexpression of bone morphogenetic protein-2 promotes early osteoblast differentiation on a cell model of Ti particle-induced inflammatory response in vitro

Wear particles are phagocytosed by macrophages and other inflammatory cells, resulting in cellular activation and release of proinflammatory factors, which cause periprosthetic osteolysis and subsequent aseptic loosening, the most common causes of total joint arthroplasty failure. During this pathological process, tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) plays an important role in wear-particle-induced osteolysis. In this study, recombination adenovirus (Ad) vectors carrying both target genes [TNF-α small interfering RNA (TNF-α-siRNA) and bone morphogenetic protein 2 (BMP-2)] were synthesized and transfected into RAW264.7 macrophages and pro-osteoblastic MC3T3-E1 cells, respectively. The target gene BMP-2, expressed on pro-osteoblastic MC3T3-E1 cells and silenced by the TNF-α gene on cells, was treated with titanium (Ti) particles that were assessed by real-time PCR and Western blot. We showed that recombinant adenovirus (Ad-siTNFα-BMP-2) can induce osteoblast differentiation when treated with conditioned medium (CM) containing RAW264.7 macrophages challenged with a combination of Ti particles and Ad-siTNFα-BMP-2 (Ti-ad CM) assessed by alkaline phosphatase activity. The receptor activator of nuclear factor-κB ligand was downregulated in pro-osteoblastic MC3T3-E1 cells treated with Ti-ad CM in comparison with conditioned medium of RAW264.7 macrophages challenged with Ti particles (Ti CM). We suggest that Ad-siTNFα-BMP-2 induced osteoblast differentiation and inhibited osteoclastogenesis on a cell model of a Ti particle-induced inflammatory response, which may provide a novel approach for the treatment of periprosthetic osteolysis.

Effect of chronic ethanol consumption in female rats subjected to experimental sepsis

The objective of this research was to evaluate the interference of ethanol consumption by female rats with cytokines involved in the sepsis process and its correlation with mortality, the main outcome of sepsis. Female Wistar rats in estrus phase were evaluated in three experiments. Experiment 1 (n=40) was performed to determine survival rates. Experiment 2 (n=69) was designed for biochemical analysis, measurement of cytokine and estrogen levels before and after sepsis, and experiment 3 (n=10) was performed to evaluate bacterial growth by colony counts of peritoneal fluid. In all experiments, treated animals were exposed to a 10% ethanol/water solution (v/v) as the single drinking source, while untreated animals were given tap water. After 4 weeks, sepsis was induced in the rats by ip injection of feces. In experiment 1, mortality in ethanol-exposed animals was delayed compared with those that drank water (48 h; P=0.0001). Experiment 2 showed increased tumor necrosis factor alpha (TNF-α) and decreased interleukin-6 (IL-6) and macrophage migration inhibitory factor in septic animals exposed to ethanol compared to septic animals not exposed. Sepsis also increased TNF-α and IL-6 levels in both ethanol- and water-exposed groups. Biochemical analysis showed higher creatinine, alanine aminotransferase and aspartate aminotransferase and decreased glucose levels in septic animals that were exposed to ethanol. In experiment 3, septic animals exposed to ethanol showed decreased numbers of colony-forming units than septic animals exposed to water. These results suggest that ethanol consumption delays the mortality of female rats in estrus phase after sepsis induction. Female characteristics, most probably sex hormones, may be involved in cytokine expression.

Inactivated Parapoxvirus ovis induces a transient increase in the expression of proinflammatory, Th1-related, and autoregulatory cytokines in mice

The immunostimulatory properties of inactivated Parapoxvirus ovis (iPPVO) have long been investigated in different animal species and experimental settings. In this study, we investigated the effects of iPPVO on cytokine expression in mice after intraperitoneal inoculation. Spleen and sera collected from iPPVO-treated mice at intervals after inoculation were submitted to cytokine mRNA determination by real-time PCR (qPCR), serum protein concentration by ELISA, and interferon (IFN)-α/β activity by bioassay. The spleen of iPPVO-treated animals showed a significant increase in mRNA expression of all cytokines assayed, with different kinetics and magnitude. Proinflammatory cytokines interleukin (IL)-1β, tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), and IL-8 mRNA peaked at 24 hours postinoculation (hpi; 5.4-fold increase) and 48 hpi (3- and 10-fold increases), respectively. A 15-fold increase in IFN-γ and 6-fold IL-12 mRNA increase were detected at 48 and 24 hpi, respectively. Increased expression of autoregulatory cytokines (Th2), mainly IL-10 and IL-4, could be detected at later times (72 and 96 hpi) with peaks of 4.7- and 4.9-fold increases, respectively. IFN-I antiviral activity against encephalomyocarditis virus was demonstrated in sera of treated animals between 6 and 12 hpi, with a >90% reduction in the number of plaques. Measurement of serum proteins by ELISA revealed increased levels of IL-1, TNF-α, IL-12, IFN-γ, and IL-10, with kinetics similar to those observed by qPCR, especially for IL-12 and IFN-γ. These data demonstrate that iPPVO induced a transient and complex cytokine response, initially represented by Th1-related cytokines followed by autoregulatory and Th2 cytokines.

New concepts in white adipose tissue physiology

Numerous studies address the physiology of adipose tissue (AT). The interest surrounding the physiology of AT is primarily the result of the epidemic outburst of obesity in various contemporary societies. Briefly, the two primary metabolic activities of white AT include lipogenesis and lipolysis. Throughout the last two decades, a new model of AT physiology has emerged. Although AT was considered to be primarily an abundant energy source, it is currently considered to be a prolific producer of biologically active substances, and, consequently, is now recognized as an endocrine organ. In addition to leptin, other biologically active substances secreted by AT, generally classified as cytokines, include adiponectin, interleukin-6, tumor necrosis factor-alpha, resistin, vaspin, visfatin, and many others now collectively referred to as adipokines. The secretion of such biologically active substances by AT indicates its importance as a metabolic regulator. Cell turnover of AT has also recently been investigated in terms of its biological role in adipogenesis. Consequently, the objective of this review is to provide a comprehensive critical review of the current literature concerning the metabolic (lipolysis, lipogenesis) and endocrine actions of AT.

Oxidative stress and cellular immunity in patients with recurrent aphthous ulcers

Recurrent aphthous ulcer (RAU) is an inflammatory condition of the oral mucosa characterized by painful, well-circumscribed, single or multiple round or ovoid ulcerations. The exact etiologic factor(s) of these ulcerations are not yet understood. The objective of this study was to evaluate inflammatory processes and free radical metabolism of 25 patients with RAUs compared to 25 healthy controls. The levels of malondialdehyde (MDA) and glutathione (GSH) were determined by high-performance liquid chromatography. Tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), interleukin-2 (IL-2), IL-10, and IL-12 were determined by ELISA. Nitric oxide (NO), myeloperoxidase (MPO), total antioxidant status (TAS), and total oxidant status (TOS) levels were measured spectroscopically in serum. The levels of MDA, GSH, TNF-α, IL-2, IL-12, MPO, and TOS, and oxidative stress index (OSI) were higher, and the levels of NO, IL-10, and TAS were lower in patients with RAU than in controls. Statistical analysis showed that GSH, TNF-α, IL-2, IL-10, and OSI differed significantly in patients with RAU compared to controls. These parameters have important roles in oxidant/antioxidant defense.

Relationship of inflammatory markers and pain in patients with head and neck cancer prior to anticancer therapy

Pain is a common symptom in patients with cancer, including those with head and neck cancer (HNC). While studies suggest an association between chronic inflammation and pain, levels of inflammatory cytokines, such as C-reactive protein (CRP) and tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), have not been correlated with pain in HNC patients who are not currently undergoing anticancer treatment. The purpose of this study was to examine the relationship between these inflammatory markers and perceived pain in HNC patients prior to anticancer therapy. The study group consisted of 127 HNC patients and 9 healthy controls. Pain was assessed using the Brief Pain Inventory (BPI), and serum levels of CRP and TNF-α were determined using the particle-enhanced turbidimetric immunoassay (PETIA) and ELISA techniques, respectively. Patients experiencing pain had significantly higher levels of CRP (P<0.01) and TNF-α (P<0.05) compared with controls and with patients reporting no pain. There were significantly positive associations between pain, CRP level, and tumor stage. This is the first study to report a positive association between perceived pain and CRP in HNC patients at the time of diagnosis. The current findings suggest important associations between pain and inflammatory processes in HNC patients, with potential implications for future treatment strategies.

A combination of methylprednisolone and quercetin is effective for the treatment of cardiac contusion following blunt chest trauma in rats

Cardiac contusion is a potentially fatal complication of blunt chest trauma. The effects of a combination of quercetin and methylprednisolone against trauma-induced cardiac contusion were studied. Thirty-five female Sprague-Dawley rats were divided into five groups (n=7) as follows: sham, cardiac contusion with no therapy, treated with methylprednisolone (30 mg/kg on the first day, and 3 mg/kg on the following days), treated with quercetin (50 mg·kg−1·day−1), and treated with a combination of methylprednisolone and quercetin. Serum troponin I (Tn-I) and tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) levels and cardiac histopathological findings were evaluated. Tn-I and TNF-α levels were elevated after contusion (P=0.001 and P=0.001). Seven days later, Tn-I and TNF-α levels decreased in the rats treated with methylprednisolone, quercetin, and the combination of methylprednisolone and quercetin compared to the rats without therapy, but a statistical significance was found only with the combination therapy (P=0.001 and P=0.011, respectively). Histopathological degeneration and necrosis scores were statistically lower in the methylprednisolone and quercetin combination group compared to the group treated only with methylprednisolone (P=0.017 and P=0.007, respectively). However, only degeneration scores were lower in the combination therapy group compared to the group treated only with quercetin (P=0.017). Inducible nitric oxide synthase positivity scores were decreased in all treatment groups compared to the untreated groups (P=0.097, P=0.026, and P=0.004, respectively). We conclude that a combination of quercetin and methylprednisolone can be used for the specific treatment of cardiac contusion.

IL-6 and TNF-α serum levels are associated with early death in community-acquired pneumonia patients

Community-acquired pneumonia (CAP) is amongst the leading causes of death worldwide. As inflammatory markers, cytokines can predict outcomes, if interpreted together with clinical data and scoring systems such as CURB-65, CRB, and Acute Physiology and Chronic Health Evaluation II (APACHE II). The aim of this study was to determine the impact of inflammatory biomarkers on the early mortality of hospitalized CAP patients. Twenty-seven CAP patients needing hospitalization were enrolled for the study and samples of interleukin-1 (IL-1) and interleukin-6 (IL-6), tumor necrosis factor alpha (TNF-α), C-reactive protein (CRP), and homocystein were collected at the time of admission (day 1) as well as on the seventh day of the treatment. There was a significant reduction in the levels of IL-6 between the first and the second collections. Median IL-6 values decreased from 24 pg/mL (day 1) to 8 pg/mL (day 7) (P=0.016). The median levels of TNF-α were higher in patients: i) with acute kidney injury (AKI) (P=0.045), ii) requiring mechanical ventilation (P=0.040), iii) with short hospital stays (P=0.009), iv) admitted to the intensive care unit (ICU) (P=0.040), v) who died early (P=0.003), and vi) with worse CRB scores (P=0.013). In summary, IL-6 and TNF-α levels were associated with early mortality of CAP patients. Longer admission levels demonstrated greater likelihood of early death and overall mortality, necessity of mechanical ventilation, and AKI.

Antibacterial and anti-inflammatory activities of an extract, fractions, and compounds isolated from Gochnatia pulchra aerial parts

This paper reports on the in vitro antibacterial and in vivo anti-inflammatory properties of a hydroethanolic extract of the aerial parts of Gochnatia pulchra (HEGP). It also describes the antibacterial activity of HEGP fractions and of the isolated compounds genkwanin, scutellarin, apigenin, and 3,5-O-dicaffeoylquinic acid, as evaluated by a broth microdilution method. While HEGP and its fractions did not provide promising results, the isolated compounds exhibited pronounced antibacterial activity. The most sensitive microorganism was Streptococcus pyogenes, with minimum inhibitory concentration (MIC) values of 100, 50 and 25 µg/mL for genkwanin and the flavonoids apigenin and scutellarin, respectively. Genkwanin produced an MIC value of 25 µg/mL against Enterococcus faecalis. A paw edema model in rats and a pleurisy inflammation model in mice aided investigation of the anti-inflammatory effects of HEGP. This study also evaluated the ability of HEGP to modulate carrageenan-induced interleukin-1 beta (IL-1β), tumor necrosis factor alpha (TNF-α), and monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) production. Orally administered HEGP (250 and 500 mg/kg) inhibited carrageenan-induced paw edema. Regarding carrageenan-induced pleurisy, HEGP at 50, 100, and 250 mg/kg diminished leukocyte migration by 71.43%, 69.24%, and 73.34% (P<0.05), respectively. HEGP suppressed IL-1β and MCP-1 production by 55% and 50% at 50 mg/kg (P<0.05) and 60% and 25% at 100 mg/kg (P<0.05), respectively. HEGP abated TNF-α production by macrophages by 6.6%, 33.3%, and 53.3% at 100, 250, and 500 mg/kg (P<0.05), respectively. HEGP probably exerts anti-inflammatory effects by inhibiting production of the pro-inflammatory cytokines TNF-α, IL-1β, and MCP-1.

Mithramycin downregulates proinflammatory cytokine-induced matrix metalloproteinase gene expression in articular chondrocytes

Affiliation: Département de Médecine, Faculté de médecine, Université de Montréal & Centre de Recherche du Centre Hospitalier de l'Université de Montréal (CHUM), Hôpital Notre-Dame du CHUM

Adhesion and transcellular migration of neutrophils and B lymphocytes on fibroblasts

During tissue inflammation, infiltrated leukocytes may have physical contacts with fibroblasts. We observed that neutrophils and B lymphocytes adhered in a larger proportion than T cells on cultured fibroblasts. Microscopy showed that adhesion was also characterized by leukocyte engulfment by the fibroblasts. In migration assays, only neutrophils and B lymphocytes were selectively able to migrate through a fibroblast barrier. Adhesion and migration were increased by stimulation with tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha) and phorbol-12-myristate-13-acetate (PMA). Antibodies against ICAM-1/beta2 integrin blocked the interaction of neutrophils to fibroblasts. For B lymphocytes the couple VCAM-1/alpha4 integrin was also involved in this interaction. Human skin fibroblasts presented similar adhesion characteristics as rat cardiac fibroblasts. By measuring the distance between the border of migration holes and cadherin-positive adherens junctions, more than 65% of the holes correspond to the transcellular route over the paracellular route. Furthermore, vimentin staining revealed that the migration holes were highly nested by intermediate filaments in accordance with the transcellular route. Our results demonstrated that engulfment of neutrophils and B lymphocytes by fibroblasts resulted in selective passage by a transcellular route.

Rôle du récepteur REG/EXTL3 dans l’inflammation et son implication possible dans l’ostéoarthrose (OA)

L’ostéoarthrose (OA) est une maladie articulaire dont l’incidence augmente avec le vieillissement de la population. Elle se caractérise par une détérioration progressive du cartilage articulaire accompagnée du remodelage de l’os sous-chondral et du changement des tissus mous de l’articulation. La douleur et le dysfonctionnement de l’articulation affectée sont généralement attribués à l’inflammation et l’épanchement de la synovie. Plusieurs évidences indiquent que l’inflammation de la membrane synoviale contribue grandement à la pathogenèse de l’OA. En effet, la synthèse et l’expression des enzymes protéolytiques qui dégradent la matrice cartilagineuse sont régulées par de nombreuses cytokines retrouvées au sein de ce foyer inflammatoire. Deux d’entre elles, l’interleukine-1 beta (IL-1β) et le «tumor necrosis factor » alpha (TNF-α), jouent un rôle majeur dans le déclenchement de l’inflammation associée à l’OA. Ces cytokines pro-inflammatoires agissent notamment sur les synoviocytes et les chondrocytes en activant NF-κB qui, à son tour, active les gènes de cytokines. Cette boucle de régulation positive amplifie et perpétue la réponse inflammatoire. Récemment, il a été rapporté que l’activation de NF-κB par TNF-α peut être potentialisée par EXTL3, un récepteur transmembranaire ; mais le mécanisme sous-jacent de cet effet demeure inconnu. Toutefois, les niveaux important d’EXTL3 et de son ligand Reg1B chez les patients arthrosiques, laissent croire que ces protéines jouent un rôle dans le développement de l’OA. Notre objectif était d’étudier le mécanisme par lequel EXTL3 amplifie l’activation de NF-κB par TNF-α et d’examiner si ce phénomène se produit aussi avec l’IL-1β. Nous avons utilisé les cellules C28/I2, une lignée cellulaire de chondrocytes, comme modèle d’étude. Les transfections transitoires avec un vecteur d’expression, les techniques d’immunofluorescence (IF), d’immunoprécipitation (IP) et d’immunobuvardage de type Western (IB); ont été utilisées dans le cadre de diverses approches expérimentales. Les résultats obtenus par transfection ont révélé que la protéine EXTL3 potentialisait l’activation de NF-κB aussi bien par IL-1β que par TNF-α. Ce résultat signifie que la potentialisation de l’activité NF-κB par EXTL3 n’est pas spécifique à TNF-α. D’autre part, l’IP avec TNFRI et TRAF2 a révélé la présence d’EXTL3 dans le complexe TNF-α/TNFRI/TRAF2 qui se forme au niveau de la membrane plasmique. De plus, ceci a été confirmé in vivo par microscopie confocale montrant la co-localisation de TNFRI-TRAF2-EXTL3 dans la membrane nucléaire, suggérant ainsi la formation d’un complexe identique au niveau des membranes plasmique et nucléaires. Toutefois, la présence du ligand Reg1B et/ou de la glucosamine inhibait la formation de ce complexe au niveau de la membrane plasmique, tout comme ils abolissaient la potentialisation de l’activité NF-κB par EXTL3. Ces résultats suggèrent non seulement que le recrutement d’EXTL3 libre dans le complexe TNF-α/TNFR1 est requis pour amplifier l’activation de NF-κB par TNF-α, mais aussi la capacité du ligand Reg1B et de la glucosamine à moduler cette activation à travers la baisse ou l’inhibition de l’interaction EXTL3-TNFR1. Les données de cette étude constituent une avancée majeure dans la compréhension des événements moléculaires qui contrôlent l’activation de NF-κB par les cytokines pro-inflammatoires. Ces résultats pourraient conduire au développement de nouvelles approches thérapeutiques pour le traitement de l’inflammation associée à l’OA et impliquant une activation incessante de NF-κB.

Stress oxydatif, fonction mitochondriale et maladie inflammatoire de l'intestin

CONTEXTE: Bien que la dysfunction mitochondriale et le stress oxydant jouent des rôles prépondérants dans plusieurs conditions pathologiques, ils n’ont pas été étudiés de façon extensive au niveau du tube digestif qui est constamment exposé aux oxydants (provenant de l’alimentation) et à divers agents pathogènes. L’ingestion simultanée de sels ferreux et d’acide ascorbique peut causer le dommage des macromolécules par oxydation. Le ‘’Nuclear factor erythroid 2 related factor’’ (Nrf2) est un important facteur de transcription sensible au potentiel redox et qui protège contre le stress oxydant en induisant des gènes anti-oxydants et de detoxification par sa liaison à l’élément de réponse antioxydante (ARE). Les fonctions anti-oxydantes et anti-inflammatoires de Nrf2 ont été décrites dans une variété de types cellulaires et de tissus. Cependant son rôle est très peu connu au niveau du tube digestif. OBJECTIFS: Les objectifs sont d’évaluer comment la peroxydation lipidique médiée par le fer/ascorbate (FE/ASC) affecte les fonctions mitochondriales dans les cellules Caco-2/15, et de déterminer l’ampleur de l’implication de Nrf2. MÉTHODES: Le stress oxydant a été induit dans les cellules Caco2/15 en les traitant avec 0.2mm/2mm de FE/ASC. L’augmentation de l’expression de Nrf2 a été obtenue suite au prétraitement des cellules Caco2/15 avec 50 μM d’Olitpraz (OPZ), un puissant activateur. L’invalidation du gène de Nrf2 a été réalisée dans les cellules par transfection avec un vecteur lentiviral contenant un shRNA contre Nrf2. RÉSULTATS: Nos résultats montrent que le traitement des cellules Caco-2/15 avec du FE/ASC (0.2 mm/2 mm) augmente les niveaux du malondialdehyde (MDA), réduit la production d’ATP, entraîne une surcharge mitochondriale de calcium, active l’expression protéique du cytochrome C et de l’AIF (apoptotic inducing factor), réduit l’activité des complexes I, II, 2 III et IV de la chaîne respiratoire mitochondriale, augmente les niveaux de 8-OHdG, un marqueur des dommages à l’ADN mitochondrial, diminue la DNA glycosylase, et altère les expressions génique et protéique des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). De plus, nos observations montrent que l’induction et l’activation de Nrf2 dans les cellules Caco-2/15 résultent en: une augmentation des enzymes anti-oxydantes endogènes (catalase, glutathion peroxydase, et superoxyde dismutase), une réduction du facteur nucléaire NFκβ et de TNF-α, une augmentation de la production d’ ATP et de l’activité des complexes respiratoires (I, II, III, IV) et de PGC-1α, et une régulation des niveaux de la prohibitine mitochondriale, du Bcl-2 anti-apoptotique et de l’occludine. CONCLUSION: Dans l’ensemble, nos résultats montrent que l’exposition aigüe des cellules Caco-2/15 à la peroxydation par le FE/ASC entraîne des effets pathologiques sur les fonctions mitochondriales et l’intégrité de l’ADN, qui sont abolis par l’induction de Nrf2. Il en ressort que Nrf2 joue un rôle majeur dans la protection de l’épithélium intestinal contre le stress oxydant.

Le rôle de l’inflammation dans le développement des complications neurologiques associées à l’insuffisance hépatique aiguë chez la souris

L’insuffisance hépatique aiguë (IHA) se caractérise par la perte soudaine de la fonction hépatique résultant de la nécrose massive des hépatocytes en l’absence de pathologie hépatique préexistante. L’IHA s’accompagne de perturbations métaboliques et immunologiques qui peuvent entraîner l’apparition de complications périphériques et cérébrales telles qu’un syndrome de réponse inflammatoire systémique (SIRS), une encéphalopathie hépatique (EH), un œdème cérébral, une augmentation de la pression intracrânienne, et la mort par herniation du tronc cérébral. Les infections sont une complication fréquente de l’IHA et elles sont associées à un risque accru de développer un SIRS et une aggravation subséquente de l’EH avec un taux de mortalité augmenté. L’ammoniaque joue un rôle majeur dans les mécanismes physiopathologiques qui mènent au développement de l’EH et de l’œdème cérébral, et des études récentes suggèrent que les cytokines pro-inflammatoires sont également impliquées. Le but de cette thèse est d’étudier le rôle des cytokines pro-inflammatoires circulantes et cérébrales dans le développement de l’EH et de l’œdème cérébral lors d’IHA. Dans l’article 1, nous démontrons que l’inhibition périphérique du facteur de nécrose tumorale-α (TNF-α) par l’etanercept retarde la progression de l’EH en diminuant le dommage hépatocellulaire, réduisant l’inflammation périphérique et centrale ainsi que le stress oxydatif/nitrosatif hépatique et cérébral associé chez la souris avec une IHA induite par l’azoxyméthane (AOM). Ces résultats démontrent un rôle important du TNF-α dans la physiopathologie de l’EH lors d’IHA d’origine toxique et suggèrent que l’etanercept pourrait constituer une approche thérapeutique dans la prise en charge des patients en attente de transplantation hépatique. Dans l’article 2, nous simulons la présence d’une infection chez la souris avec une IHA induite par l’AOM pour mettre en évidence une éventuelle augmentation de la réponse inflammatoire. Nous démontrons que l’endotoxémie induite par le lipopolysaccharide (LPS) précipite la survenue du coma et aggrave la pathologie hépatique. Les cytokines pro-inflammatoires systémiques et cérébrales sont augmentées de façon synergique par le LPS lors d’IHA et résultent en une activation accrue de la métalloprotéinase matricielle-9 cérébrale qui s’accompagne d’une extravasation d’immunoglobulines G (IgG) dans le parenchyme cérébral. Ces résultats démontrent une augmentation majeure de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique (BHE) qui contribue à la pathogenèse de l’EH lors d’IHA en condition infectieuse. Les résultats de l’article 3 démontrent que l’augmentation de la perméabilité de la BHE lors d’IHA induite par l’AOM en condition non infectieuse ne résulte pas de l’altération de l’expression des protéines constitutives de la BHE. Dans l’article 4, nous démontrons que l’exposition d’astrocytes en culture à des concentrations physiopathologiques d’ammoniaque ou d’interleukine-1β résulte en l’altération de gènes astrocytaires impliqués dans la régulation du volume cellulaire et dans le stress oxydatif/nitrosatif. Un effet additif est observé dans le cas d’un traitement combiné au niveau des gènes astrocytaires impliqués dans le stress oxydatif/nitrosatif. L’ensemble des résultats de cette thèse démontre un rôle important de l’inflammation périphérique et cérébrale dans la survenue des complications neurologiques lors d’IHA et une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques impliqués pourrait contribuer à la mise en place de stratégies thérapeutiques chez les patients atteints d’IHA en attente de transplantation.

Molecular characterization of the contribution of autophagy to antigen presentation using quantitative proteomics

L’autophagie est une voie hautement conservée de dégradation lysosomale des constituants cellulaires qui est essentiel à l’homéostasie cellulaire et contribue à l’apprêtement et à la présentation des antigènes. Les rôles relativement récents de l'autophagie dans l'immunité innée et acquise sous-tendent de nouveaux paradigmes immunologiques pouvant faciliter le développement de nouvelles thérapies où la dérégulation de l’autophagie est associée à des maladies auto-immunes. Cependant, l'étude in vivo de la réponse autophagique est difficile en raison du nombre limité de méthodes d'analyse pouvant fournir une définition dynamique des protéines clés impliquées dans cette voie. En conséquence, nous avons développé un programme de recherche en protéomique intégrée afin d’identifier et de quantifier les proteines associées à l'autophagie et de déterminer les mécanismes moléculaires régissant les fonctions de l’autophagosome dans la présentation antigénique en utilisant une approche de biologie des systèmes. Pour étudier comment l'autophagie et la présentation antigénique sont activement régulés dans les macrophages, nous avons d'abord procédé à une étude protéomique à grande échelle sous différentes conditions connues pour stimuler l'autophagie, tels l’activation par les cytokines et l’infection virale. La cytokine tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha) est l'une des principales cytokines pro-inflammatoires qui intervient dans les réactions locales et systémiques afin de développer une réponse immune adaptative. La protéomique quantitative d'extraits membranaires de macrophages contrôles et stimulés avec le TNF-alpha a révélé que l'activation des macrophages a entrainé la dégradation de protéines mitochondriales et des changements d’abondance de plusieurs protéines impliquées dans le trafic vésiculaire et la réponse immunitaire. Nous avons constaté que la dégradation des protéines mitochondriales était sous le contrôle de la voie ATG5, et était spécifique au TNF-alpha. En outre, l’utilisation d’un nouveau système de présentation antigènique, nous a permi de constater que l'induction de la mitophagie par le TNF-alpha a entrainée l’apprêtement et la présentation d’antigènes mitochondriaux par des molécules du CMH de classe I, contribuant ainsi la variation du répertoire immunopeptidomique à la surface cellulaire. Ces résultats mettent en évidence un rôle insoupçonné du TNF-alpha dans la mitophagie et permet une meilleure compréhension des mécanismes responsables de la présentation d’auto-antigènes par les molécules du CMH de classe I. Une interaction complexe existe également entre infection virale et l'autophagie. Récemment, notre laboratoire a fourni une première preuve suggérant que la macroautophagie peut contribuer à la présentation de protéines virales par les molécules du CMH de classe I lors de l’infection virale par l'herpès simplex virus de type 1 (HSV-1). Le virus HSV1 fait parti des virus humains les plus complexes et les plus répandues. Bien que la composition des particules virales a été étudiée précédemment, on connaît moins bien l'expression de l'ensemble du protéome viral lors de l’infection des cellules hôtes. Afin de caractériser les changements dynamiques de l’expression des protéines virales lors de l’infection, nous avons analysé par LC-MS/MS le protéome du HSV1 dans les macrophages infectés. Ces analyses nous ont permis d’identifier un total de 67 protéines virales structurales et non structurales (82% du protéome HSV1) en utilisant le spectromètre de masse LTQ-Orbitrap. Nous avons également identifié 90 nouveaux sites de phosphorylation et de dix nouveaux sites d’ubiquitylation sur différentes protéines virales. Suite à l’ubiquitylation, les protéines virales peuvent se localiser au noyau ou participer à des événements de fusion avec la membrane nucléaire, suggérant ainsi que cette modification pourrait influer le trafic vésiculaire des protéines virales. Le traitement avec des inhibiteurs de la réplication de l'ADN induit des changements sur l'abondance et la modification des protéines virales, mettant en évidence l'interdépendance des protéines virales au cours du cycle de vie du virus. Compte tenu de l'importance de la dynamique d'expression, de l’ubiquitylation et la phosphorylation sur la fonction des proteines virales, ces résultats ouvriront la voie vers de nouvelles études sur la biologie des virus de l'herpès. Fait intéressant, l'infection HSV1 dans les macrophages déclenche une nouvelle forme d'autophagie qui diffère remarquablement de la macroautophagie. Ce processus, appelé autophagie associée à l’enveloppe nucléaire (nuclear envelope derived autophagy, NEDA), conduit à la formation de vésicules membranaires contenant 4 couches lipidiques provenant de l'enveloppe nucléaire où on retrouve une grande proportion de certaines protéines virales, telle la glycoprotéine B. Les mécanismes régissant NEDA et leur importance lors de l’infection virale sont encore méconnus. En utilisant un essai de présentation antigénique, nous avons pu montrer que la voie NEDA est indépendante d’ATG5 et participe à l’apprêtement et la présentation d’antigènes viraux par le CMH de classe I. Pour comprendre l'implication de NEDA dans la présentation des antigènes, il est essentiel de caractériser le protéome des autophagosomes isolés à partir de macrophages infectés par HSV1. Aussi, nous avons développé une nouvelle approche de fractionnement basé sur l’isolation de lysosomes chargés de billes de latex, nous permettant ainsi d’obtenir des extraits cellulaires enrichis en autophagosomes. Le transfert des antigènes HSV1 dans les autophagosomes a été determine par protéomique quantitative. Les protéines provenant de l’enveloppe nucléaire ont été préférentiellement transférées dans les autophagosome lors de l'infection des macrophages par le HSV1. Les analyses protéomiques d’autophagosomes impliquant NEDA ou la macroautophagie ont permis de decouvrir des mécanismes jouant un rôle clé dans l’immunodominance de la glycoprotéine B lors de l'infection HSV1. Ces analyses ont également révélées que diverses voies autophagiques peuvent être induites pour favoriser la capture sélective de protéines virales, façonnant de façon dynamique la nature de la réponse immunitaire lors d'une infection. En conclusion, l'application des méthodes de protéomique quantitative a joué un rôle clé dans l'identification et la quantification des protéines ayant des rôles importants dans la régulation de l'autophagie chez les macrophages, et nous a permis d'identifier les changements qui se produisent lors de la formation des autophagosomes lors de maladies inflammatoires ou d’infection virale. En outre, notre approche de biologie des systèmes, qui combine la protéomique quantitative basée sur la spectrométrie de masse avec des essais fonctionnels tels la présentation antigénique, nous a permis d’acquérir de nouvelles connaissances sur les mécanismes moléculaires régissant les fonctions de l'autophagie lors de la présentation antigénique. Une meilleure compréhension de ces mécanismes permettra de réduire les effets nuisibles de l'immunodominance suite à l'infection virale ou lors du développement du cancer en mettant en place une réponse immunitaire appropriée.