JC virus-specific immune responses in human immunodeficiency virus type 1 patients with progressive multifocal leukoencephalopathy.

Progressive multifocal leukoencephalopathy (PML) is a frequently fatal disease caused by uncontrolled polyomavirus JC (JCV) in severely immunodeficient patients. We investigated the JCV-specific cellular and humoral immunity in the Swiss HIV Cohort Study. We identified PML cases (n = 29), as well as three matched controls per case (n = 87), with prospectively cryopreserved peripheral blood mononuclear cells and plasma at diagnosis. Nested controls were matched according to age, gender, CD4(+) T-cell count, and decline. Survivors (n = 18) were defined as being alive for >1 year after diagnosis. Using gamma interferon enzyme-linked immunospot assays, we found that JCV-specific T-cell responses were lower in nonsurvivors than in their matched controls (P = 0.08), which was highly significant for laboratory- and histologically confirmed PML cases (P = 0.004). No difference was found between PML survivors and controls or for cytomegalovirus-specific T-cell responses. PML survivors showed significant increases in JCV-specific T cells (P = 0.04) and immunoglobulin G (IgG) responses (P = 0.005). IgG responses in survivors were positively correlated with CD4(+) T-cell counts (P = 0.049) and negatively with human immunodeficiency virus RNA loads (P = 0.03). We conclude that PML nonsurvivors had selectively impaired JCV-specific T-cell responses compared to CD4(+) T-cell-matched controls and failed to mount JCV-specific antibody responses. JCV-specific T-cell and IgG responses may serve as prognostic markers for patients at risk.

Multi-scale systems analysis of plant development : beyond cellular signaling and tissue morphodynamics

Les plantes sont essentielles pour les sociétés humaines. Notre alimentation quotidienne, les matériaux de constructions et les sources énergétiques dérivent de la biomasse végétale. En revanche, la compréhension des multiples aspects développementaux des plantes est encore peu exploitée et représente un sujet de recherche majeur pour la science. L'émergence des technologies à haut débit pour le séquençage de génome à grande échelle ou l'imagerie de haute résolution permet à présent de produire des quantités énormes d'information. L'analyse informatique est une façon d'intégrer ces données et de réduire la complexité apparente vers une échelle d'abstraction appropriée, dont la finalité est de fournir des perspectives de recherches ciblées. Ceci représente la raison première de cette thèse. En d'autres termes, nous appliquons des méthodes descriptives et prédictives combinées à des simulations numériques afin d'apporter des solutions originales à des problèmes relatifs à la morphogénèse à l'échelle de la cellule et de l'organe. Nous nous sommes fixés parmi les objectifs principaux de cette thèse d'élucider de quelle manière l'interaction croisée des phytohormones auxine et brassinosteroïdes (BRs) détermine la croissance de la cellule dans la racine du méristème apical d'Arabidopsis thaliana, l'organisme modèle de référence pour les études moléculaires en plantes. Pour reconstruire le réseau de signalement cellulaire, nous avons extrait de la littérature les informations pertinentes concernant les relations entre les protéines impliquées dans la transduction des signaux hormonaux. Le réseau a ensuite été modélisé en utilisant un formalisme logique et qualitatif pour pallier l'absence de données quantitatives. Tout d'abord, Les résultats ont permis de confirmer que l'auxine et les BRs agissent en synergie pour contrôler la croissance de la cellule, puis, d'expliquer des observations phénotypiques paradoxales et au final, de mettre à jour une interaction clef entre deux protéines dans la maintenance du méristème de la racine. Une étude ultérieure chez la plante modèle Brachypodium dystachion (Brachypo- dium) a révélé l'ajustement du réseau d'interaction croisée entre auxine et éthylène par rapport à Arabidopsis. Chez ce dernier, interférer avec la biosynthèse de l'auxine mène à la formation d'une racine courte. Néanmoins, nous avons isolé chez Brachypodium un mutant hypomorphique dans la biosynthèse de l'auxine qui affiche une racine plus longue. Nous avons alors conduit une analyse morphométrique qui a confirmé que des cellules plus anisotropique (plus fines et longues) sont à l'origine de ce phénotype racinaire. Des analyses plus approfondies ont démontré que la différence phénotypique entre Brachypodium et Arabidopsis s'explique par une inversion de la fonction régulatrice dans la relation entre le réseau de signalisation par l'éthylène et la biosynthèse de l'auxine. L'analyse morphométrique utilisée dans l'étude précédente exploite le pipeline de traitement d'image de notre méthode d'histologie quantitative. Pendant la croissance secondaire, la symétrie bilatérale de l'hypocotyle est remplacée par une symétrie radiale et une organisation concentrique des tissus constitutifs. Ces tissus sont initialement composés d'une douzaine de cellules mais peuvent aisément atteindre des dizaines de milliers dans les derniers stades du développement. Cette échelle dépasse largement le seuil d'investigation par les moyens dits 'traditionnels' comme l'imagerie directe de tissus en profondeur. L'étude de ce système pendant cette phase de développement ne peut se faire qu'en réalisant des coupes fines de l'organe, ce qui empêche une compréhension des phénomènes cellulaires dynamiques sous-jacents. Nous y avons remédié en proposant une stratégie originale nommée, histologie quantitative. De fait, nous avons extrait l'information contenue dans des images de très haute résolution de sections transverses d'hypocotyles en utilisant un pipeline d'analyse et de segmentation d'image à grande échelle. Nous l'avons ensuite combiné avec un algorithme de reconnaissance automatique des cellules. Cet outil nous a permis de réaliser une description quantitative de la progression de la croissance secondaire révélant des schémas développementales non-apparents avec une inspection visuelle classique. La formation de pôle de phloèmes en structure répétée et espacée entre eux d'une longueur constante illustre les bénéfices de notre approche. Par ailleurs, l'exploitation approfondie de ces résultats a montré un changement de croissance anisotropique des cellules du cambium et du phloème qui semble en phase avec l'expansion du xylème. Combinant des outils génétiques et de la modélisation biomécanique, nous avons démontré que seule la croissance plus rapide des tissus internes peut produire une réorientation de l'axe de croissance anisotropique des tissus périphériques. Cette prédiction a été confirmée par le calcul du ratio des taux de croissance du xylème et du phloème au cours de développement secondaire ; des ratios élevés sont effectivement observés et concomitant à l'établissement progressif et tangentiel du cambium. Ces résultats suggèrent un mécanisme d'auto-organisation établi par un gradient de division méristématique qui génèrent une distribution de contraintes mécaniques. Ceci réoriente la croissance anisotropique des tissus périphériques pour supporter la croissance secondaire. - Plants are essential for human society, because our daily food, construction materials and sustainable energy are derived from plant biomass. Yet, despite this importance, the multiple developmental aspects of plants are still poorly understood and represent a major challenge for science. With the emergence of high throughput devices for genome sequencing and high-resolution imaging, data has never been so easy to collect, generating huge amounts of information. Computational analysis is one way to integrate those data and to decrease the apparent complexity towards an appropriate scale of abstraction with the aim to eventually provide new answers and direct further research perspectives. This is the motivation behind this thesis work, i.e. the application of descriptive and predictive analytics combined with computational modeling to answer problems that revolve around morphogenesis at the subcellular and organ scale. One of the goals of this thesis is to elucidate how the auxin-brassinosteroid phytohormone interaction determines the cell growth in the root apical meristem of Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), the plant model of reference for molecular studies. The pertinent information about signaling protein relationships was obtained through the literature to reconstruct the entire hormonal crosstalk. Due to a lack of quantitative information, we employed a qualitative modeling formalism. This work permitted to confirm the synergistic effect of the hormonal crosstalk on cell elongation, to explain some of our paradoxical mutant phenotypes and to predict a novel interaction between the BREVIS RADIX (BRX) protein and the transcription factor MONOPTEROS (MP),which turned out to be critical for the maintenance of the root meristem. On the same subcellular scale, another study in the monocot model Brachypodium dystachion (Brachypodium) revealed an alternative wiring of auxin-ethylene crosstalk as compared to Arabidopsis. In the latter, increasing interference with auxin biosynthesis results in progressively shorter roots. By contrast, a hypomorphic Brachypodium mutant isolated in this study in an enzyme of the auxin biosynthesis pathway displayed a dramatically longer seminal root. Our morphometric analysis confirmed that more anisotropic cells (thinner and longer) are principally responsible for the mutant root phenotype. Further characterization pointed towards an inverted regulatory logic in the relation between ethylene signaling and auxin biosynthesis in Brachypodium as compared to Arabidopsis, which explains the phenotypic discrepancy. Finally, the morphometric analysis of hypocotyl secondary growth that we applied in this study was performed with the image-processing pipeline of our quantitative histology method. During its secondary growth, the hypocotyl reorganizes its primary bilateral symmetry to a radial symmetry of highly specialized tissues comprising several thousand cells, starting with a few dozens. However, such a scale only permits observations in thin cross-sections, severely hampering a comprehensive analysis of the morphodynamics involved. Our quantitative histology strategy overcomes this limitation. We acquired hypocotyl cross-sections from tiled high-resolution images and extracted their information content using custom high-throughput image processing and segmentation. Coupled with an automated cell type recognition algorithm, it allows precise quantitative characterization of vascular development and reveals developmental patterns that were not evident from visual inspection, for example the steady interspace distance of the phloem poles. Further analyses indicated a change in growth anisotropy of cambial and phloem cells, which appeared in phase with the expansion of xylem. Combining genetic tools and computational modeling, we showed that the reorientation of growth anisotropy axis of peripheral tissue layers only occurs when the growth rate of central tissue is higher than the peripheral one. This was confirmed by the calculation of the ratio of the growth rate xylem to phloem throughout secondary growth. High ratios are indeed observed and concomitant with the homogenization of cambium anisotropy. These results suggest a self-organization mechanism, promoted by a gradient of division in the cambium that generates a pattern of mechanical constraints. This, in turn, reorients the growth anisotropy of peripheral tissues to sustain the secondary growth.

A quantitative analysis of L-glutamate-regulated Na+ dynamics in mouse cortical astrocytes: implications for cellular bioenergetics.

The mode of Na+ entry and the dynamics of intracellular Na+ concentration ([Na+]i) changes consecutive to the application of the neurotransmitter glutamate were investigated in mouse cortical astrocytes in primary culture by video fluorescence microscopy. An elevation of [Na+]i was evoked by glutamate, whose amplitude and initial rate were concentration dependent. The glutamate-evoked Na+ increase was primarily due to Na+-glutamate cotransport, as inhibition of non-NMDA ionotropic receptors by 6-cyano-7-nitroquinoxiline-2,3-dione (CNQX) only weakly diminished the response and D-aspartate, a substrate of the glutamate transporter, produced [Na+]i elevations similar to those evoked by glutamate. Non-NMDA receptor activation could nevertheless be demonstrated by preventing receptor desensitization using cyclothiazide. Thus, in normal conditions non-NMDA receptors do not contribute significantly to the glutamate-evoked Na+ response. The rate of Na+ influx decreased during glutamate application, with kinetics that correlate well with the increase in [Na+]i and which depend on the extracellular concentration of glutamate. A tight coupling between Na+ entry and Na+/K+ ATPase activity was revealed by the massive [Na+]i increase evoked by glutamate when pump activity was inhibited by ouabain. During prolonged glutamate application, [Na+]i remains elevated at a new steady-state where Na+ influx through the transporter matches Na+ extrusion through the Na+/K+ ATPase. A mathematical model of the dynamics of [Na+]i homeostasis is presented which precisely defines the critical role of Na+ influx kinetics in the establishment of the elevated steady state and its consequences on the cellular bioenergetics. Indeed, extracellular glutamate concentrations of 10 microM already markedly increase the energetic demands of the astrocytes.

Increased interleukin-10 production by ASC-deficient CD4(+) T cells impairs bystander T-cell proliferation.

Apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain (ASC) is an important component of the inflammasome, functioning as an adaptor protein that facilitates the recruitment and activation of procaspases that in turn promote the maturation of interleukin-1β (IL-1β) and IL-18. Despite initial focus on the inflammatory properties of ASC there is emerging evidence that highlights the importance of ASC in facilitating adaptive immune responses. However, the cellular and molecular basis for the involvement of ASC in adaptive immunity remains largely unexplored. We have previously demonstrated that activated ASC-deficient T cells have dampened proliferative responses. We have therefore explored the underlying cellular mechanism(s) by which ASC regulates T-cell proliferation. We show that under activating conditions (anti-CD3/CD28 stimulation) in bulk T-cell cultures the presence of ASC(-/-)  CD4(+) T cells is sufficient to suppress the proliferative responses of neighbouring T cells. Furthermore, ASC(-/-)  CD4(+) T cells upon activation exhibit a suppressive cytokine profile, with elevated production of IL-10 and reduced secretion of T helper type 1 cytokines, interferon-γ and IL-2. This increase in IL-10 secretion within the activated ASC(-/-)  CD4(+) T-cell compartment was not associated with a proportional increase in conventional Foxp3(+) regulatory T (Treg) cells. Interestingly, when equal numbers of fluorescence-activated cell sorted ASC(+/+) and ASC(-/-) Treg cells (CD4(+)  CD44(intermediate/high)  CD25(+) ) were activated in vitro, the ASC(-/-) fraction produced significantly more IL-10 than their wild-type counterparts, suggesting that ASC(-/-) Treg cells have greater suppressive capacity. Collectively, these results imply that the ASC may influence the development and functioning of Treg cells.

Performance Evaluation of Six-Sectored Configuration in Hexagonal WCDMA (UMTS) Cellular Network Layout

The objective of this master's thesis is to evaluate the optimum performance of sixsectored hexagonal layout of WCDMA (UMTS) network and analyze the performance at the optimum point. The maximum coverage and the maximum capacity are the main concern of service providers and it is always a challenging task for them to achieve economically. Because the optimum configuration of a network corresponds to a configuration which minimizes the number of sites required to provide a target service probability in the planning area which in turn reduces the deployment cost. The optimum performance means the maximum cell area and themaximum cell capacity the network can provide at the maximum antenna height satisfying the target service probability. Hexagon layout has been proven as the best layout for the cell deployment. In this thesis work, two different configurations using six-sectored sites have been considered for the performance comparison. In first configuration, each antenna is directed towards each corner of hexagon, whereas in second configurationeach antenna is directed towards each side of hexagon. The net difference in the configurations is the 30 degree rotation of antenna direction. The only indoor users in a flat and smooth semi-urban environment area have been considered for the simulation purpose where the traffic distribution is 100 Erl/km2 with 12.2 kbps speech service having maximum mobile speed of 3 km/hr. The simulation results indicate that a similar performance can be achieved in both the configurations, that is, a maximum of 947 m cellrange at antenna height of 49.5 m can be achieved when the antennas are directed towards the corner of hexagon, whereas 943.3 m cell range atantenna height of 54 m can be achieved when the antennas are directed towards the side of hexagon. However, from the interference point of view the first configuration provides better results. The simulation results also show that the network is coverage limited in both the uplink and downlink direction at the optimum point.

HIV-1 capture and transmission by dendritic cells: the role of viral glycolipids and the cellular receptor Siglec-1.

Dendritic cells (DCs) are essential in order to combat invading viruses and trigger antiviral responses. Paradoxically, in the case of HIV-1, DCs might contribute to viral pathogenesis through trans-infection, a mechanism that promotes viral capture and transmission to target cells, especially after DC maturation. In this review, we highlight recent evidence identifying sialyllactose-containing gangliosides in the viral membrane and the cellular lectin Siglec-1 as critical determinants for HIV-1 capture and storage by mature DCs and for DC-mediated trans-infection of T cells. In contrast, DC-SIGN, long considered to be the main receptor for DC capture of HIV-1, plays a minor role in mature DC-mediated HIV-1 capture and trans-infection.

Immunological mechanisms underlying infectious and chronic lung diseases

Le système respiratoire permet l'échange de gaz entre un organisme et son environnement. Pour fonctionner efficacement, il doit lutter contre les infections tout en maintenant une tolérance aux particules inoffensives. Les cytokines sont des petites protéines qui permettent la communication entre les différentes cellules et jouent un rôle important dans la régulation de l'homéostasie et de l'immunité des surfaces pulmonaires. Une production altérée des cytokines sous-tend beaucoup de maladies du système pulmonaire. Ainsi, la compréhension de la biologie fondamentale des cytokines pourrait contribuer à la mise au point de nouveaux traitements. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié le rôle de deux cytokines, le TSLP (Thymic stromal lymphopoietin) et l'IL-17 (Interleukin 17) dans les réponses immunitaires bénéfiques et nuisibles en utilisant des modèles précliniques de souris des maladies pulmonaires. L'asthme est une maladie qui est caractérisée par la bronchoconstriction réversible, l'inflammation des voies respiratoires inférieures, l'hyperréactivité bronchique et le remodelage tissulaire. Le type d'inflammation affectant les voies respiratoires et la présence ou non d'allergie permettent d'établir les différents types d'asthme. La TSLP est une cytokine qui est principalement exprimée à des niveaux élevés dans les poumons de patients souffrant d'asthme allergique. En conséquence, la majeure partie de la recherche sur la TSLP a mis l'accent sur le rôle joué par celle- ci dans les réponses négatives conduisant au développement de l'asthme allergique. Dans cette thèse, nous montrons que la TSLP joue aussi un rôle bénéfique dans les réponses immunitaires pulmonaires. Nous avons découvert que la TSLP atténue la grippe en augmentant les réponses des lymphocytes T cytotoxiques contre le virus. Nous avons également étudié la fonction de la TSLP dans l'asthme non allergique. Contrairement à l'asthme allergique, nous avons constaté que la TSLP diminue les réponses inflammatoires dans l'asthme non allergique en réglant la production de l'IL-17, une cytokine qui favorise la maladie. Ainsi, nous démontrons les fonctions pleiotropes de la TSLP dans des contextes spécifiques de la maladie. Nos résultats ont des implications importantes pour le développement de thérapies ciblant la TSLP dans l'asthme. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié les mécanismes pathogéniques qui sous-tendent le développement de la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO). La BPCO est une maladie chronique le plus largement associée aux fumeurs. Elle est caractérisée par une limitation progressive et irréversible du débit d'air et la destruction de la structure des poumons. L'augmentation globale de l'incidence de la maladie encourage grandement la compréhension des mécanismes pathogéniques et l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques. Nous avons découvert que les micro-organismes trouvés dans les voies respiratoires aggravent la maladie en augmentant la production de l'IL-17. L'IL-17 est une cytokine inflammatoire qui est impliquée dans plusieurs maladies pulmonaires chroniques, dont la BPCO. Dans notre modèle animal de la maladie, nous avons neutralisé 1ÌL-17A en utilisant un anticorps spécifique et observé une reprise de la fonction pulmonaire. Dans cette étude, nous avons identifié 2 axes potentiels pour l'intervention thérapeutique contre la BPCO. Cibler les bactéries dans les voies respiratoires soit par l'utilisation d'antibiotiques ou l'utilisation de thérapies à base immunitaire qui antagonisent l'activité spécifiques de l'IL-17. Dans l'avenir, notre laboratoire va collaborer avec des cliniciens pour acquérir des échantillons humains et tester la pertinence de nos résultats dans la maladie humaine. -- L'interaction avec l'environnement extérieur est vitale pour le fonctionnement du système respiratoire. Par conséquent, ce dernier a adopté une multitude de réseaux effecteurs et régulateurs qui permettent de distinguer les particules inhalées comme «dangereuses» ou «inoffensives» et de réagir en conséquence. L'équilibre entre ces réseaux est essentielle pour lutter contre le «danger» déclenché par une infection ou des dommages, et finalement pour le retour à l'homéostasie. Le milieu de cytokine local contribue de manière significative à la mise au point de ces réponses. Ainsi, la caractérisation du rôle des cytokines dans l'état d'équilibre et la maladie a des implications claires pour les interventions thérapeutiques dans les maladies respiratoires aiguës et chroniques. Cette thèse a porté sur le rôle des cytokines, la lymphopoïétine stromale thymique (TSLP) et TIL-17A dans l'élaboration de réponses immunitaires pulmonaires. La TSLP est principalement produite par les cellules épithéliales et peut cibler une myriade de cellules immunitaires. Bien qu'elle ait été montrée être un puissant inducteur des réponses de type Th2, son rôle dans d'autres contextes inflammatoires est relativement inexploré. Dans le premier projet de cette thèse, nous avons découvert une nouvelle fonction de la TSLP dans l'immunité antivirale contre la grippe, une infection virale. Nous avons constaté que la TSLP a réglementé la réponse neutrophile au début de l'infection, en amplifiant l'immunité adaptative spécifique du virus. Mécaniquement, la TSLP a augmenté l'expression de l'IL-15 et du CD70 sur les cellules dendritiques recrutées dans les poumons suite à l'infection et a renforcé leur capacité de stimuler localement les lymphocytes T CD8+ spécifiques du virus. En outre, nous avons étudié la TSLP dans le cadre de divers phénotypes de l'asthme et également démontré l'impact pléiotropique qu'elle a sur les réponses immunitaires pulmonaires. En accord avec les rapports précédents, nous avons constaté que la TSLP a exacerbé l'inflammation atopique médiée par le Th2. En revanche la TSLP a réduit les réponses de l'IL-17A et l'inflammation neutrophile subséquente dans le modèle non atopique, ainsi que l'exacerbation du modèle atopique provoqué par une infection virale. Nos résultats démontrent une dichotomie dans le rôle de la TSLP dans la pathogenèse de l'asthme et soulignent la nécessité d'envisager plusieurs phénotypes d'asthme pour une évaluation approfondie de son potentiel thérapeutique dans cette maladie. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons caractérisé les mécanismes pathogènes qui sous-tendent la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO). La BPCO est une maladie hétérogène définie par une diminution progressive de la fonction pulmonaire. Bien que des déclencheurs environnementaux puissent aggraver la maladie, chez les personnes sensibles une maladie établie peut progresser à travers un cercle inflammatoire auto-entretenu. Nous avons cherché à définir les mécanismes sous-jacents à l'aide d'un modèle murin d'inflammation chronique, qui reproduit les caractéristiques pathologiques de la maladie humaine. Puisqu'ont été associés à la BPCO sévère des changements dans le microbiome des voies respiratoires, nous avons supposé que les signaux dérivés de certains microbes pourraient favoriser des voies inflammatoires chroniques de progression de la maladie. Nous avons observé que, en l'absence d un microbiome, la maladie s'est améliorée tel que démontré par une réduction de l'inflammation des voies respiratoires et une amélioration de la fonction pulmonaire. Cela a été lié spécifiquement à une production réduite d'IL-17A, une cytokine qui a été impliquée dans la maladie humaine. De plus la cinétique de production de 1IL- 17A dépendant du microbiote est corrélé à la sévérité de la maladie. Sur la base de ces données, la neutralisation de l'IL-17A a également eu un effet bénéfique sur l'évolution de la maladie. Le rôle significatif de 1TL-17A dans l'aggravation de la maladie a été couplé à sa capacité à engager un dialogue entre les voies inflammatoires innées et adaptatives. Il a influencé le recrutement et le phénotype des neutrophiles et des macrophages, ce qui a eu un impact direct et indirect sur la formation et la fonction des tissus lymphoïdes tertiaires associée à des stades sévères de la maladie. -- The interaction with the external environment is vital for the functioning of the respiratory system. Consequently, it has adopted a multitude of effector and regulatory networks that enable it to distinguish inhaled particles as 'dangerous' or 'innocuous' and respond accordingly. The balance between these networks is crucial to counteract the 'danger' triggered by infection or damage, and ultimately return to homeostasis. The local cytokine milieu contributes significantly to the fine- tuning of these responses. Thus, characterizing the role of cytokines in steady state and disease has clear implications for therapeutic interventions in acute and chronic respiratory disorders. This thesis focused on the role of the cytokines, thymic stromal lymphopoietin (TSLP) and IL-17A in shaping pulmonary immune responses. TSLP is primarily produced by barrier epithelial cells and can target a myriad of immune cells. Although it has been shown to be potent inducer of Th2 type responses, its role in other inflammatory settings is relatively unexplored. In the first project of this thesis, we discovered a novel function of TSLP in antiviral immunity to Influenza A infection. We found that while TSLP regulated the early neutrophilic response to infection, it amplified virus specific adaptive immunity. Mechanistically, TSLP enhanced the expression of IL-15 and CD70 on the lung recruited inflammatory dendritic cells and strengthened their ability to stimulate virus specific CD8+ T cell responses locally. In addition we investigated TSLP in the context of diverse asthma phenotypes and further demonstrated the pleiotropic impact it has on pulmonary immune responses. In concurrence with previous reports we found that TSLP exacerbated Th2 mediated atopic inflammation. In contrast TSLP curtailed IL-17A responses and subsequent neutrophilic inflammation in the non-atopic model as well as virus induced exacerbation of the atopic model. Our findings demonstrate a dichotomy in the role of TSLP in asthma pathogenesis and emphasize the need to consider multiple asthma phenotypes for a thorough evaluation of its therapeutic potential in this disease. In the next part of this thesis we characterized the pathogenic mechanisms underlying chronic obstructive pulmonary disease. COPD is a heterogeneous disease defined by a progressive decline in lung function. Although environmental triggers exacerbate the disease, in susceptible individuals the established disease can progress through a self-sustained inflammatory circle. We sought to delineate the underlying mechanisms by using a murine model of chronic inflammation, which reproduced key pathological features of the human disease. As changes in the airway microbiome have been linked to severe COPD, we speculated that microbial derived signals could facilitate the establishment of chronic inflammatory pathways that favour disease progression. We found that the absence of a microbiota ameliorated disease, exhibited by a reduction in airway inflammation and an improvement in lung function. This was linked specifically to an impaired production of IL-17A, a cytokine that has been implicated in human disease. Moreover the kinetics of microbiota-dependent IL-17A production correlated with the disease severity. Based on these data targeted neutralization of IL-17A also had a beneficiai effect on the disease outcome. The prominent role played by IL-I7A in driving the disease was coupled to its ability in engaging and mediating cross talk between pathogenic innate and adaptive immune pathways. It influenced the recruitment and phenotype of neutrophils and macrophages, as well as impacted upon the formation and function of tertiary lymphoid tissue associated with severe disease. Thus, temporal and spatial changes in cytokine production, their cellular targets and interaction with the local milieu determine the balance between immunity and pathology in the lung. Collectively our findings provide novel mechanistic insights in the complex role played by cytokines in orchestrating pulmonary immune responses and have clear implications for human disease.

Cuticular defects lead to full immunity to a major plant pathogen.

In addition to its role as a barrier, the cuticle is also a source of signals perceived by invading fungi. Cuticular breakdown products have been shown previously to be potent inducers of cutinase or developmental processes in fungal pathogens. Here the question was addressed as to whether plants themselves can perceive modifications of the cuticle. This was studied using Arabidopsis thaliana plants with altered cuticular structure. The expression of a cell wall-targeted fungal cutinase in A. thaliana was found to provide total immunity to Botrytis cinerea. The response observed in such cutinase-expressing plants is independent of signal transduction pathways involving salicylic acid, ethylene or jasmonic acid. It is accompanied by the release of a fungitoxic activity and increased expression of members of the lipid transfer protein, peroxidase and protein inhibitor gene families that provide resistance when overexpressed in wild-type plants. The same experiments were made in the bodyguard (bdg) mutant of A. thaliana. This mutant exhibits cuticular defects and remained free of symptoms after inoculation with B. cinerea. The expression of resistance was accompanied by the release of a fungitoxic activity and increased expression of the same genes as observed in cutinase-expressing plants. Structural defects of the cuticle can thus be converted into an effective multi-factorial defence, and reveal a hitherto hidden aspect of the innate immune response of plants.

Intracellular trafficking of interleukin-1 receptor I requires Tollip.

Interleukin-1 receptor (IL-1RI) is a master regulator of inflammation and innate immunity. When triggered by IL-1beta, IL-1RI aggregates with IL-1R-associated protein (IL-1RAcP) and forms a membrane proximal signalosome that potently activates downstream signaling cascades. IL-1beta also rapidly triggers endocytosis of IL-1RI. Although internalization of IL-1RI significantly impacts signaling, very little is known about trafficking of IL-1RI and therefore about precisely how endocytosis modulates the overall cellular response to IL-1beta. Upon internalization, activated receptors are often sorted through endosomes and delivered to lysosomes for degradation. This is a highly regulated process that requires ubiquitination of cargo proteins as well as protein-sorting complexes that specifically recognize ubiquitinated cargo. Here, we show that IL-1beta induces ubiquitination of IL-1RI and that via these attached ubiquitin groups, IL-1RI interacts with the ubiquitin-binding protein Tollip. By using an assay to follow trafficking of IL-1RI from the cell surface to late endosomes and lysosomes, we demonstrate that Tollip is required for sorting of IL-1RI at late endosomes. In Tollip-deficient cells and cells expressing only mutated Tollip (incapable of binding IL-1RI and ubiquitin), IL-1RI accumulates on late endosomes and is not efficiently degraded. Furthermore, we show that IL-1RI interacts with Tom1, an ubiquitin-, clathrin-, and Tollip-binding protein, and that Tom1 knockdown also results in the accumulation of IL-1RI at late endosomes. Our findings suggest that Tollip functions as an endosomal adaptor linking IL-1RI, via Tom1, to the endosomal degradation machinery.

Cellular mechanisms underlying the regulation of dendritic development by hepatocyte growth factor.

Acquisition of a mature dendritic morphology is critical for neural information processing. In particular, hepatocyte growth factor (HGF) controls dendritic arborization during brain development. However, the cellular mechanisms underlying the effects of HGF on dendritic growth remain elusive. Here, we show that HGF increases dendritic length and branching of rat cortical neurons through activation of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway. Activation of MAPK by HGF leads to the rapid and transient phosphorylation of cAMP response element-binding protein (CREB), a key step necessary for the control of dendritic development by HGF. In addition to CREB phosphorylation, regulation of dendritic growth by HGF requires the interaction between CREB and CREB-regulated transcription coactivator 1 (CRTC1), as expression of a mutated form of CREB unable to bind CRTC1 completely abolished the effects of HGF on dendritic morphology. Treatment of cortical neurons with HGF in combination with brain-derived neurotrophic factor (BDNF), a member of the neurotrophin family that regulates dendritic development via similar mechanisms, showed additive effects on MAPK activation, CREB phosphorylation and dendritic growth. Collectively, these results support the conclusion that regulation of cortical dendritic morphology by HGF is mediated by activation of the MAPK pathway, phosphorylation of CREB and interaction of CREB with CRTC1.

Regulation of innate immunity by signaling pathways emerging from the endoplasmic reticulum.

The innate immune system has evolved the capacity to detect specific pathogens and to interrogate cell and tissue integrity in order to mount an appropriate immune response. Loss of homeostasis in the endoplasmic reticulum (ER) triggers the ER-stress response, a hallmark of many inflammatory and infectious diseases. The IRE1/XBP1 branch of the ER-stress signaling pathway has been recently shown to regulate and be regulated by innate immune signaling pathways in both the presence and absence of ER-stress. By contrast, innate immune pathways negatively affect the activation of two other branches of the ER-stress response as evidenced by reduced expression of the pro-apoptotic transcription factor CHOP. Here we will discuss how innate immune pathways and ER-signaling intersect to regulate the intensity and duration of innate immune responses.

Genomic determinants of the efficiency of internal ribosomal entry sites of viral and cellular origin

Variation in cellular gene expression levels has been shown to be inherited. Expression is controlled at transcriptional and post-transcriptional levels. Internal ribosome entry sites (IRES) are used by viruses to bypass inhibition of cap-dependent translation, and by eukaryotic cells to control translation under conditions when protein synthesis is inhibited. We aimed at identifying genomic determinants of variability in IRES-mediated translation of viral [Encephalomyocarditis virus (EMCV)] and cellular IRES [X-linked inhibitor-of-apoptosis (XIAP) and c-myc]. Bicistronic lentiviral constructs expressing two fluorescent reporters were used to transduce laboratory and B lymphoblastoid cell lines [15 CEPH pedigrees (n = 205) and 50 unrelated individuals]. IRES efficiency varied according to cell type and among individuals. Control of IRES activity has a significant genetic component (h(2) of 0.47 and 0.36 for EMCV and XIAP, respectively). Quantitative linkage analysis identified a suggestive locus (LOD 2.35) on chromosome 18q21.2, and genome-wide association analysis revealed of a cluster of SNPs on chromosome 3, intronic to the FHIT gene, marginally associated (P = 5.9E-7) with XIAP IRES function. This study illustrates the in vitro generation of intermediate phenotypes by using cell lines for the evaluation of genetic determinants of control of elements such as IRES.

Study of the incorporation and the anti-tumour efficacy of radio-iododeoxyuridine according to the cellular cycle and in presence of synthesis inhibitor of thymidine

Résumé La iododeoxyuridine (IdUrd), une fois marqué au 123I ou au 125I, est un agent potentiel pour des thérapies par rayonnements Auger. Cependant, des limitations restreignent son incorporation dans l'ADN. Afin d'augmenter celle-ci, différents groupes ont étudié la fluorodeoxyuridine (FdUrd), qui favorise l'incorporation d'analogue de la thymidine, sans toutefois parvenir à une toxicité associé plus importante. Dans notre approche, 3 lignées cellulaires de glioblastomes humains et une lignée de cancer ovarien ont été utilisées. Nous avons observé, 16 à 24 h après un court pré-traitement à la FdUrd, un fort pourcentage de cellules s'accumulant en phase S. Plus qu'une accumulation, c'était une synchronisation des cellules, celles-ci restant capables d'incorporer la radio-IdIrd et repartant dans le cycle cellulaire. De plus, ces cellules accumulées après un pré-traitement à la FdUrd étaient plus radio-sensibles. Après le même intervalle de 16 à 24 h suivant la FdUrd, les 4 lignées cellulaires ont incorporé des taux plus élevés de radio-IdUrd que sans ce prétraitement. Une corrélation temporelle entre l'accumulation des cellules en phase S et la forte incorporation de radio-IdUrd a ainsi été révélée 16 à 24 h après pré-traitement à la FdUrd. Les expériences de traitement par rayonnements Auger sur les cellules accumulées en phase S ont montré une augmentation significative de l'efficacité thérapeutique de 125I-IdUrd comparé aux cellules non prétraitées à la FdUrd. Une première estimation a permis de déterminer que 100 désintégrations de 125I par cellules étant nécessaires afin d'atteindre l'efficacité thérapeutique. De plus, p53 semble jouer un rôle dans l'induction directe de mort cellulaire après des traitements par rayonnements Auger, comme indiqué par les mesures par FACS d'apoptose et de nécrose 24 et 48 h après le traitement. Concernant les expériences in vivo, nous avons observé une incorporation marquée de la radio-IdUrd dans l'ADN après un pré-traitement à la FdUrd dans un model de carcinomatose ovarienne péritonéale. Une augmentation encore plus importante a été observée après injection intra-tumorale dans des transplants sous-cutanés de glioblastomes sur des souris nues. Ces modèles pourraient être utilisés pour de plus amples études de diffusion de radio-IdUrd et de thérapie par rayonnement Auger. En conclusion, ce travail montre une première application réussie de la FdUrd afin d'accroître l'efficacité de la radio-IdUrd par traitements aux rayonnements Auger. La synchronisation des cellules en phase S combinée avec la forte incorporation de radio-IdUrd dans l'ADN différées après un pré-traitement à la FdUrd ont montré le gain thérapeutique attendu in vitro. De plus, des études in vivo sont tout indiquées après les observations encourageantes d'incorporation de radio-IdUrd dans les models de transplants sous-cutanés de glioblastomes et de tumeurs péritonéales ovariennes. Summary Iododeoxyuridine (IdUrd), labelled with 123I or 125I, could be a potential Auger radiation therapy agent. However, limitations restrict its DNA incorporation in proliferating cells. Therefore, fluorodeoxyuridine (FdUrd), which favours incorporation of thymidine analogues, has been studied by different groups in order to increase radio-IdUrd DNA incorporation, however therapeutic efficacy increase could not be reached. In our approach, 3 human glioblastoma cell lines with different p53 expression and one ovarian cancer line were pre-treated with various FdUrd conditions. We observed a high percentage of cells accumulating in early S phase 16 to 24 h after a short and non-toxic FdUrd pre-treatment. More than an accumulation, this was a synchronization, cells remaining able to incorporate radio-IdUrd and re-entering the cell cycle. Furthermore, the S phase accumulated cells post FdUrd pre-treatment were more radiosensitive. After the same delay of 16 to 24 h post FdUrd pre-treatment, the 4 cell lines were incorporating higher rates of radio-IdUrd compared with untreated cells. A time correlation between S phase accumulation and high radio-IdUrd incorporation was therefore revealed 16 to 24 h post FdUrd pre-treatment. Auger radiation treatment experiments performed on S phase enriched cells showed a significant increase of killing efficacy of 125I-IdUrd compared with cells not pre-treated with FdUrd. A first estimation indicates further that about 100 125I decays were required to reach killing in the targeted cells. Moreover, p53 might play a role on the direct induction of cell death pathways after Auger radiation treatments, as indicated by differential apoptosis and necrosis induction measured by FACS 24 and 48 h after treatment initiation. Concerning in vivo results, we observed a marked DNA incorporation increase of radio-IdUrd after FdUrd pre-treatment in peritoneal carcinomatosis in SCID mice. Even higher incorporation increase was observed after intra-tumoural injection of radio-IdUrd in subcutaneous glioblastoma transplants in nude mice. These tumour models might be further useful for diffusion of radio-IdUrd and Auger radiation therapy studies. In conclusion, these data show a first successful application of thymidine synthesis inhibition able to increase the efficacy of radio-IdUrd Auger radiation treatment. The S phase synchronization combined with a high percentage DNA incorporation of radio-IdUrd delayed post FdUrd pre-treatment provided the expected therapeutic gain in vitro. Further in vivo studies are indicated after the observations of encouraging radio-IdUrd uptake experiments in glioblastoma subcutaneous xenografts and in an ovarian peritoneal carcinomatosis model.