Identification of casein kinase 1, casein kinase 2, and cAMP-dependent protein kinase-like activities in Trypanosoma evansi

Trypanosoma evansi contains protein kinases capable of phosphorylating endogenous substrates with apparent molecular masses in the range between 20 and 205 kDa. The major phosphopolypeptide band, pp55, was predominantly localized in the particulate fraction. Anti-alpha and anti-beta tubulin monoclonal antibodies recognized pp55 by Western blot analyses, suggesting that this band corresponds to phosphorylated tubulin. Inhibition experiments in the presence of emodin, heparin, and 2,3-bisphosphoglycerate indicated that the parasite tubulin kinase was a casein kinase 2 (CK2)-like activity. GTP, which can be utilized instead of ATP by CK2, stimulated rather than inactivated the phosphorylation of tubulin in the parasite homogenate and particulate fraction. However, GTP inhibited the cytosolic CK2 responsible for phosphorylating soluble tubulin and other soluble substrates. Casein and two selective peptide substrates, P1 (RRKDLHDDEEDEAMSITA) for casein kinase (CK1) and P2 (RRRADDSDDDDD) for CK2, were recognized as substrates in T. evansi. While the enzymes present in the soluble fraction predominantly phosphorylated P1, P2 was preferentially labeled in the particulate fractions. These results demonstrated the existence of CK1-like and CK2-like activities primarily located in the parasite cytosolic and membranous fractions, respectively. Histone II-A and kemptide (LRRASVA) also behaved as suitable substrates, implying the existence of other Ser/Thr kinases in T. evansi. Cyclic AMP only increased the phosphorylation of histone II-A and kemptide in the cytosol, demonstrating the existence of soluble cAMP-dependent protein kinase-like activities in T. evansi. However, no endogenous substrates for this enzyme were identified in this fraction. Further evidences were obtained by using PKI (6-22), a reported inhibitor of the catalytic subunit of mammalian cAMP-dependent protein kinases, which specifically hindered the cAMP-dependent phosphorylation of histone II-A and kemptide in the parasite soluble fraction. Since the sum of the values obtained in the parasite cytosolic and particulate fractions were always higher than the values observed in the total T. evansi lysate, the kinase activities examined here appeared to be inhibited in the original extract.

Strength and limitations of regulatory T Cells for immunotherapy in transplantation.

In many experimental models, CD4+CD25+Foxp3+ regulatory T cells (nTreg) have been identifi ed as key players in promoting peripheral transplantation (Tx) tolerance. We have been focusing on therapies based on antigen-specifi c nTreg that can control effector T cells (Teff) and prevent allograft rejection. The use of nTreg in immunotherapeutic protocols for solid organ Tx is however limited by their overall low numbers as well as the low precursor frequency of alloantigen cross-reactive nTreg expected to be found in a normal individual. Moreover, although we previously described robust protocols to generate and expand antigen-specifi c nTreg in vitro, the process requires careful selection of highly pure nTreg and cumbersome ex-vivo manipulations, rendering this strategy not easily applicable in clinical solid organ Tx. In this study, we aimed to expand Treg directly in vivo and determine their suppressive function, effi cacy and stability in promoting donor-specifi c tolerance in a stringent murine Tx model. Our data suggest that IL-2-based therapies lead to a signifi cant increase of Treg in vivo. The expanded Treg suppressed Teff proliferation (albeit slightly less effi ciently than nTreg isolated from control mice) and allowed prolonged graft survival of major MHC-mismatched skin grafts in wild-type non-lymphopenic recipients. The expanded Treg alone were however not suffi cient to induce tolerance in stringent experimental conditions. Rapamycin reduced the frequency of Teff but did not impede expansion of Treg. Pro-infl ammatory stimuli hindered the expansion of Treg and resulted in an increase in the frequency of CD4+IFN-γ+ and CD4+IL17+ T cells. We propose that IL-2-based treatments would be an effi cient method for expanding functional Treg in vivo without affecting other immune cell populations, thereby favorably shifting the pool of alloreactive T cells towards regulation in response to an allograft. However, we also highlight some potential limitations of Treg expansion such as concomitant infl ammatory events.

Demethylation analysis of the FOXP3 locus shows quantitative defects of regulatory T cells in IPEX-like syndrome.

Immune dysregulation, Polyendocrinopathy, Enteropathy X-linked (IPEX) syndrome is a unique example of primary immunodeficiency characterized by autoimmune manifestations due to defective regulatory T (Treg) cells, in the presence of FOXP3 mutations. However, autoimmune symptoms phenotypically resembling IPEX often occur in the absence of detectable FOXP3 mutations. The cause of this "IPEX-like" syndrome presently remains unclear. To investigate whether a defect in Treg cells sustains the immunological dysregulation in IPEX-like patients, we measured the amount of peripheral Treg cells within the CD3(+) T cells by analysing demethylation of the Treg cell-Specific-Demethylated-Region (TSDR) in the FOXP3 locus and demethylation of the T cell-Specific-Demethylated-Region (TLSDR) in the CD3 locus, highly specific markers for stable Treg cells and overall T cells, respectively. TSDR demethylation analysis, alone or normalized for the total T cells, showed that the amount of peripheral Treg cells in a cohort of IPEX-like patients was significantly reduced, as compared to both healthy subjects and unrelated disease controls. This reduction could not be displayed by flow cytometric analysis, showing highly variable percentages of FOXP3(+) and CD25(+)FOXP3(+) T cells. These data provide evidence that a quantitative defect of Treg cells could be considered a common biological hallmark of IPEX-like syndrome. Since Treg cell suppressive function was not impaired, we propose that this reduction per se could sustain autoimmunity.

Innate immunity and regulatory T-cells in human Chagas disease: what must be understood?

There is a general consensus that during chronic Trypanosoma cruzi infection, the host immune system induces complex processes to ensure the control of parasite growth while preserving the potential to mount and maintain a life-long controlled humoral and cellular immune response against the invading pathogen. This review summarises evidence in an attempt to elucidate "what must be understood" to further clarify the role of innate immunity in the development/maintenance of clinical Chagas disease and the impact of etiological treatment on host immunity, highlighting the contributions of the innate immunity and regulatory T (Treg) cells. Recently, increasing focus on innate immunity suggest that chronic T. cruzi infection may cause morbidity when innate effector functions, or the down-regulation of adaptive regulatory mechanisms are lacking. In this context, stable asymptomatic host-parasite interactions seem to be influenced by the effector/regulatory balance with the participation of macrophages, natural killer (NK) and CD8+ T cells in parallel with the establishment of regulatory mechanisms mediated by NKT and Treg cells. Moreover, a balanced innate immune activation state, apart from Treg cells, may play a role in controlling the adverse events triggered by the massive antigen release induced by trypanosomicidal agents during Chagas disease etiological treatment.

MicroRNA Profile of Circulating CD4-positive Regulatory T Cells in Human Adults and Impact of Differentially Expressed MicroRNAs on Expression of Two Genes Essential to Their Function.

Regulatory T cells (Tregs) are characterized by a high expression of IL-2 receptor α chain (CD25) and of forkhead box P3 (FOXP3), the latter being essential for their development and function. Another major player in the regulatory function is the cytotoxic T-lymphocyte associated molecule-4 (CTLA-4) that inhibits cytotoxic responses. However, the regulation of CTLA-4 expression remains less well explored. We therefore studied the microRNA signature of circulating CD4(+) Tregs isolated from adult healthy donors and identified a signature composed of 15 differentially expressed microRNAs. Among those, miR-24, miR-145, and miR-210 were down-regulated in Tregs compared with controls and were found to have potential target sites in the 3'-UTR of FOXP3 and CTLA-4; miR-24 and miR-210 negatively regulated FOXP3 expression by directly binding to their two target sites in its 3'-UTR. On the other hand, miR-95, which is highly expressed in adult peripheral blood Tregs, positively regulated FOXP3 expression via an indirect mechanism yet to be identified. Finally, we showed that miR-145 negatively regulated CTLA-4 expression in human CD4(+) adult peripheral blood Tregs by binding to its target site in CTLA-4 transcript 3'-UTR. To our knowledge, this is the first identification of a human adult peripheral blood CD4(+) Treg microRNA signature. Moreover, unveiling one mechanism regulating CTLA-4 expression is novel and may lead to a better understanding of the regulation of this crucial gene.

Efficient generation of human alloantigen-specific CD4+ regulatory T cells from naive precursors by CD40-activated B cells.

CD4(+)CD25(+)Foxp3(+) regulatory T cells (Treg) play an important role in the induction and maintenance of immune tolerance. Although adoptive transfer of bulk populations of Treg can prevent or treat T cell-mediated inflammatory diseases and transplant allograft rejection in animal models, optimal Treg immunotherapy in humans would ideally use antigen-specific rather than polyclonal Treg for greater specificity of regulation and avoidance of general suppression. However, no robust approaches have been reported for the generation of human antigen-specific Treg at a practical scale for clinical use. Here, we report a simple and cost-effective novel method to rapidly induce and expand large numbers of functional human alloantigen-specific Treg from antigenically naive precursors in vitro using allogeneic nontransformed B cells as stimulators. By this approach naive CD4(+)CD25(-) T cells could be expanded 8-fold into alloantigen-specific Treg after 3 weeks of culture without any exogenous cytokines. The induced alloantigen-specific Treg were CD45RO(+)CCR7(-) memory cells, and had a CD4(high), CD25(+), Foxp3(+), and CD62L (L-selectin)(+) phenotype. Although these CD4(high)CD25(+)Foxp3(+) alloantigen-specific Treg had no cytotoxic capacity, their suppressive function was cell-cell contact dependent and partially relied on cytotoxic T lymphocyte antigen-4 expression. This approach may accelerate the clinical application of Treg-based immunotherapy in transplantation and autoimmune diseases.

Depletion of CD25+ cells during acute toxoplasmosis does not significantly increase mortality in Swiss OF1 mice

The interleukin (IL)-2R alpha chain (CD25) is expressed on regulatory T cells (Treg), which constitute more than 85% of the CD25+ T cell population in a naïve mouse. CD25 is also expressed on effector T cells in mice suffering from an acute infection by the obligate intracellular protozoan parasite, Toxoplasma gondii. Lethal toxoplasmosis is accompanied by a significant loss of Treg in mice naturally susceptible to toxoplasmosis. The present study was done to explore the role of Treg cells using an anti-CD25 antibody-mediated depletion in mice naturally resistant to toxoplasmosis. Although a significant decrease in the percentage of Treg cells was observed following anti-CD25 monoclonal antibody injections, the depletion of CD25+ cells during acute toxoplasmosis did not significantly increase the mortality of Swiss OF1 mice and no significant difference was observed in the brain parasitic load between the mice in the depleted-infected and isotype-infected groups. We found no significant difference between the titres of total IgG in the sera of the mice from the two groups in the chronic phase. However, CD25+ cells depletion was followed by significantly higher levels of IL-12 in the serum of depleted mice than in that of mice injected with the isotype control antibody.

The use of Mycobacterium tuberculosis HspX and GlcB proteins to identify latent tuberculosis in rheumatoid arthritis patients

Rheumatoid arthritis (RA) is an autoimmune disease characterised by the destruction of articular cartilage and bone damage. The chronic treatment of RA patients causes a higher susceptibility to infectious diseases such as tuberculosis (TB); one-third of the world’s population is latently infected (LTBI) with Mycobacterium tuberculosis(Mtb). The tuberculin skin test is used to identify individuals LTBI, but many studies have shown that this test is not suitable for RA patients. The goal of this work was to test the specific cellular immune responses to the Mtb malate synthase (GlcB) and heat shock protein X (HspX) antigens of RA patients and to correlate those responses with LTBI status. The T-helper (Th)1, Th17 and Treg-specific immune responses to the GlcB and HspX Mtb antigens were analysed in RA patients candidates for tumour necrosis factor-α blocker treatment. Our results demonstrated that LTBI RA patients had Th1-specific immune responses to GlcB and HspX. Patients were followed up over two years and 14.3% developed active TB. After the development of active TB, RA patients had increased numbers of Th17 and Treg cells, similar to TB patients. These results demonstrate that a GlcB and HspX antigen assay can be used as a diagnostic test to identify LTBI RA patients.

Monitoring of CD4(+)CD25(high)IL-7R alpha(high) activated T Cells in Kidney Transplant Recipients

Background and objectives In humans, circulating CD4(+)CD25(high) T cells contain mainly regulatory T cells (Treg; FoxP3(+)IL-7R alpha(low)), but a small subset is represented by activated effector T cells (Tact; FoxP3(-)IL-7R alpha(high)). The balance between Tact and Treg may be important after transplantation. The aim of this study was first to analyze and correlate CD4(+)CD25(high) Tact and Treg with the clinical status of kidney transplant recipients and second to study prospectively the effect of two immunosuppressive regimens on Tact/Treg during the first year after transplantation.Design, setting, participants, & measurements CD4(+)CD25(high) Tact and Treg were analyzed by flow cytometry, either retrospectively in 90 patients greater than 1 year after kidney transplantation (cross-sectional analysis) or prospectively in 35 patients receiving two immunosuppressive regimens after kidney transplantation (prospective analysis).Results A higher proportion of Tact and a lower proportion of Treg were found in the majority of kidney recipients. In chronic Immoral rejection, a strikingly higher proportion of Tact was present. A subgroup of stable recipients receiving calcineurin inhibitor-free immunosuppression (mycophenolate mofetil, azathioprine, or sirolimus) had Tact values that were similar to healthy individuals. In the prospective analysis, the proportion of Tact significantly increased in both immunosuppression groups during the first year after transplantation.Conclusions These data highlight distinct patterns in the proportion of circulating Tact depending on the clinical status of kidney recipients. Moreover, the prospective analysis demonstrated an increase in the proportion of Tact, regardless of the immunosuppressive regimen. The measurement of Tact, in addition to Treg, may become a useful immune monitoring tool after kidney transplantation. Clin J Am Soc Nephrol 6: 2025-2033, 2011. doi: 10.2215/CJN.09611010

The role of nonhematopoietic MHC class II expression in immune responses and tolerance

Si les rôles fonctionnels de diverses cellules immunitaires infiltrant des tissus enflammés sont assez bien compris, par contre, étonnamment, on connaît bien moins la capacité des cellules non hématopoïétiques résidant dans des tissus, à moduler l'activité biologique des cellules immunitaires immigrantes, et donc le résultat de la réponse immunitaire. La présentation des antigènes, dans le contexte des molécules du CMH de classe II (CMHII) à la surface des cellules présentatrices d'antigènes (CPA) professionnelles à une sous- population de lymphocytes T, est cruciale pour le développement des réponses immunitaires protectives spécifiques de l'antigène. En général, l'expression de CMHII est réservée aux CPAs. Toutefois, au cours des pathologies inflammatoires spécifiques d'organe, telles que l'auto-immunité ou la maladie inflammatoire de l'intestin, l'expression de CMHII est également induite par la cytokine interféron (IFN)-y sur des cellules non hématopoïétiques qui résident dans des tissus enflammés. Les conséquences de ce phénomène sont encore peu comprises. Dans cette étude, nous avons utilisé une souche de souris génétiquement modifiées, qui n'a pas la capacité d'induire l'expression de CMHII sur les cellules non hématopoïétiques, mais a maintenu la régulation normale d'expression de CMHII sur les cellules hématopoïétiques. Nous avons appliqué ces souris à différents modèles d'inflammation intestinale et à un modèle de maladie qui imite la maladie auto-immune de l'inflammation du muscle cardiaque (myocardite) chez l'homme. Nous avons pu montrer que, au cours de l'inflammation intestinale, l'expression du CMHII nonhématopoïétique, ou encore l'expression du CMHII par les cellules épithéliales de l'intestin, confère une protection contre la maladie, en réduisant les cellules immunitaires inflammatoires et en augmentant les cellules Τ régulatrices anti-inflammatoires. Ces résultats pourraient expliquer l'échec des traitements d'anti-IFN-γ dans les maladies intestinales inflammatoires chez l'homme. En revanche, dans la myocardite auto-immune, nos résultats indiquent que la présentation d'antigènes par les cellules non hématopoïétiques du coeur est nécessaire pour l'apparition de la pathologie cardiaque, comme nos souris sont résistantes à la maladie. Toutefois, cela n'est pas dû à un défaut d'activation des lymphocytes T, car les lymphocytes Τ des souris mutantes sont parfaitement capables de promouvoir la maladie après le transfert adoptif dans des animaux de type naturel. Nos résultats suggèrent que, durant les maladies inflammatoires spécifiques d'organe, la présentation d'antigène par des cellules non hématopoïétiques module et contribue au résultat de la réponse immunitaire d'une manière opposée, conférant soit la protection contre la maladie ou sa promotion. Nos résultats pourraient ouvrir la voie à des thérapies qui prennent en compte la contribution de la présentation d'antigènes par les cellules non hématopoïétiques, au cours des maladies inflammatoires spécifiques d'organe. - Les molécules du CMH de classe II (CMHII) sont fondamentales pour la présentation des antigènes aux lymphocytes Τ CD4+, car elles permettent le développement des réponses immunitaires spécifiques de l'antigène. Il est largement admis que l'expression de CMHII est réservée aux cellules présentatrices d'antigènes (CPA). Cependant, dans des conditions inflammatoires, l'expression de CMHII est en principe également induite par l'interféron (IFN)-y sur les cellules non hématopoïétiques, telles que les cellules épithéliales et les cardiomyocytes. Une controverse existe jusqu'à présent au sujet de la fonction de cette présentation d'antigènes non professionnelle, pour savoir si elle favorise la tolérance ou l'immunité dépendante des lymphocytes Τ in vivo. Pour répondre à cette question, nous avons testé des souris qui ne sont pas capables d'induire l'expression du CMHII sur les cellules non hématopoïétiques (souris PIV-/- K14 CIITA Tg) parmi différents modèles murins de pathologies inflammatoires, à savoir les modèles de vaccination pour induire des réponses spécifiques d'antigènes des lymphocytes B, plusieurs modèles de colite et un modèle de myocardite auto-immune expérimental (EAM). Pour cela, nous avons administré à ces souris un modèle de colite atténuée, induite par une infection chronique à Helicobacter hepaticus et par l'administration d'anticorps monoclonaux bloquant le récepteur de l'interleukine (IL)-10 (anti-IL-10R). Dans ce système, nous avons pu observer que l'expression abrogée de CMHII a aggravé la colite bactérienne, soit par les cellules non hématopoïétiques, soit exclusivement par les cellules épithéliales intestinales (CEI) dans un autre modèle murin (souris plV_fl/fl vil-Cre Tg). Ce phénotype du côlon a été associé à une augmentation des fréquences de cellules immunitaires innées, de lymphocytes Th1 CD4+, et d'expression des cytokines et de chimiokines pro-inflammatoires, y compris l'IFN-γ. Notamment, l'expression défectueuse de CMHII non hématopoïétique a également réduit les cellules Τ régulatrices (Treg) Forkhead box P3 (FoxP3)+, sans influencer les fréquences des cellules innées lymphoïdes et des cellules Th17. Ces résultats suggèrent un rôle tolérogène de CEIs CMHII+ qui contribue à l'homéostasie immunitaire intestinale. En revanche, dans le modèle d'EAM, les souris ayant subi une ablation de CMHII non hématopoïétique étaient résistantes à l'induction de la maladie, alors que la progression de la pathologie cardiaque, dans les souris de type naturel ou hétérozygotes, a été accompagnée par une régulation positive de l'expression de CMHII du myocarde. Cependant, l'inflammation cardiaque pourrait être transférée de manière adoptive depuis des souris amorcées PIV-/- K14 CIITA Tg vers des souris de type naturel, indiquant l'absence de défaut intrinsèque d'amorçage des cellules T CD4+ dans notre modèle de souris. Ces observations impliquent un rôle à jouer pour des cellules CMHII+ non hématopoïétiques résidentes du coeur, dans la promotion active de ΙΈΑΜ. En conclusion, nos résultats, provenant de diverses pathologies inflammatoires spécifiques d'organes, suggèrent un rôle complexe et divergent, soit tolérogène, soit immunogène/ pathologique, pour l'expression de CMHII non hématopoïétique au cours des pathologies inflammatoires. L'expression non professionnelle de CMHII semble influencer le résultat des réponses immunitaires en fonction de différents facteurs, tels que le tissu cible, le(s) type(s) de cellule(s) non hématopoïétique(s) participante(s) et l'origine de l'inflammation. Nos résultats pourraient potentiellement ouvrir la voie à des applications thérapeutiques, qui tiennent compte de la contribution de la présentation d'antigènes par des CPAs non professionnelles, au cours de l'inflammation spécifique d'organe. - MHC class II (MHCII) molecules are fundamental for the presentation of antigens to CD4+ Τ cells, allowing the development of antigen-specific immune responses. It is widely accepted that MHCII expression is restricted to antigen-presenting cells (APC). However, under inflammatory conditions, MHCII expression is typically also induced by interferon (IFN)-y on nonhematopoietic cells such as epithelial cells and cardiomyocytes. So far, it remains controversial whether this nonprofessional antigen-presentation function promotes CD4+ Τ cell-dependent tolerance or immunity in vivo. To address this issue, we utilised mice which lack inducible MHCII expression on nonhematopoietic cells (pIV-/- K14 CIITA Tg mice) in different mouse models of inflammatory pathologies, namely immunisation models to induce antigen-specific Β cell responses, various colitis models and a model of experimental autoimmune myocarditis (EAM). In an attenuated model of colitis induced by chronic Helicobacter hepaticus infection and treatment with anti-interleukin (IL)-10 receptor (anti-IL-10R) monoclonal blocking antibody, we observed that abrogated MHCII expression by nonhematopoietic cells or, in an alternative tamoxifen-inducible mouse model (plV_fl/fl vil-Cre Tg mice), exclusively by intestinal epithelial cells (IEC), exacerbated bacterial-driven colitis, which was associated with increased colonic frequencies of innate immune cells, CD4+ Th1 cells and expression of proinflammatory cytokines and chemokines, including IFN-γ. Notably, defective nonhematopoietic MHCII expression also resulted in reduced Forkhead box P3 (FoxP3)+ regulatory Τ (Treg) cells without influencing innate lymphoid cell (ILC) and Th17 cell frequencies. These findings suggest a tolerogenic role of MHClT lECs to contribute to intestinal immune homeostasis. In contrast, in the EAM model, mice ablated of nonhematopoietic MHCII were resistant to disease induction, whereas progression of cardiac pathology in WT and heterozygous control mice was accompanied by upregulation of myocardial MHCII expression. However, cardiac inflammation could be adoptively transferred from primed pIV-/- K14 CIITA Tg mice into WT mice, indicating no intrinsic defect of CD4+ Τ activation in our mouse model. These observations imply a role for MHCIT heart-resident nonhematopoietic cells in actively promoting EAM. In conclusion, our findings from different organ-specific inflammatory pathologies suggest a complex and diverging role - either tolerogenic or immunogenic/ pathologic - for nonhematopoietic MHCII expression during inflammatory pathologies: Nonprofessional MHCII expression appears to influence the outcome of immune responses depending on 7 factors such as the target tissue, participating non hematopoietic cell type(s) and the origin of inflammation. Our findings may potentially open the way to therapeutic applications taking into account the contribution of antigen presentation by nonprofessional, tissue-resident APCs during organ-specific inflammation.

Induction of tolerogenic vs immunogenic dendritic cells (DCs) in the presence of GM-CSF is regulated by the strength of signaling from monophosphoryl lipid A (MPLA) in association with glutathione and fetal hemoglobin gamma-chain.

Previous studies showed a fetal sheep liver extract (FSLE), in association with monophosphoryl lipid A, MPLA (a bioactive component of lipid A of LPS), could interact to induce the development of dendritic cells (DCs) which regulated production of Foxp3+ Treg. This interaction was associated with an altered gene expression both of distinct subsets of TLRs and of CD200Rs. Prior studies had suggested that major interacting components within FSLE were gamma-chain of fetal hemoglobin (Hgbgamma) and glutathione (GSH). We investigated whether differentiation/maturation of DCs in vitro in the presence of either GM-CSF or Flt3L to produce preferentially either immunogenic or tolerogenic DCs was itself controlled by an interaction between MPLA, GSH and Hgbgamma. At low (approximately 10 microg/ml) Hgbgamma concentrations, DCs developing in culture with GSH and MPLA produced optimal stimulation of allogeneic CTL cell responses in vitro (and enhanced skin graft rejection in vivo). At higher concentrations (>40 microg/ml Hgbgamma) and equivalent concentrations of MPLA and GSH, the DCs induce populations of Treg which can suppress the induction of allogeneic CTL and graft rejection in vivo. These different populations of DCs express different patterns of mRNAs for the CD200R family. Addition of anti-TLR or anti-MD-1 mAbs to DCs developing in this mixture (Hgbgamma+GSH+MPLA), suggests that one effect of (GSH+Hgbgamma) on MPLA stimulation may involve altered signaling through TLR4.

MHC class II/ESO tetramer-based generation of in vitro primed anti-tumor T-helper lines for adoptive cell therapy of cancer.

Generation of tumor-antigen specific CD4(+) T-helper (T(H)) lines through in vitro priming is of interest for adoptive cell therapy of cancer, but the development of this approach has been limited by the lack of appropriate tools to identify and isolate low frequency tumor antigen-specific CD4(+) T cells. Here, we have used recently developed MHC class II/peptide tetramers incorporating an immunodominant peptide from NY-ESO-1 (ESO), a tumor antigen frequently expressed in different human solid and hematologic cancers, to implement an in vitro priming platform allowing the generation of ESO-specific T(H) lines. We isolated phenotypically defined CD4(+) T-cell subpopulations from circulating lymphocytes of DR52b(+) healthy donors by flow cytometry cell sorting and stimulated them in vitro with peptide ESO(119-143), autologous APC and IL-2. We assessed the frequency of ESO-specific cells in the cultures by staining with DR52b/ESO(119-143) tetramers (ESO-tetramers) and TCR repertoire of ESO-tetramer(+) cells by co-staining with TCR variable β chain (BV) specific antibodies. We isolated ESO-tetramer(+) cells by flow cytometry cell sorting and expanded them with PHA, APC and IL-2 to generate ESO-specific T(H) lines. We characterized the lines for antigen recognition, by stimulation with ESO peptide or recombinant protein, cytokine production, by intracellular staining using specific antibodies, and alloreactivity, by stimulation with allo-APC. Using this approach, we could consistently generate ESO-tetramer(+) T(H) lines from conventional CD4(+)CD25(-) naïve and central memory populations, but not from effector memory populations or CD4(+)CD25(+) Treg. In vitro primed T(H) lines recognized ESO with affinities comparable to ESO-tetramer(+) cells from patients immunized with an ESO vaccine and used a similar TCR repertoire. In this study, using MHC class II/ESO tetramers, we have implemented an in vitro priming platform allowing the generation of ESO-monospecific polyclonal T(H) lines from non-immune individuals. This is an approach that is of potential interest for adoptive cell therapy of patients bearing ESO-expressing cancers.

The role of Toll-like Receptor (TLR) 9 in the development of a T-helper (Th)1/Th2 response in the murine model of infection with " Leishmania major "

1.1 SUMMARY The role of the non-specific innate immune system is as important as the elaboration of the adaptive immune system in the initiation of an immune response to pathogens. The role of the Toll-like receptors (TLRs) in the innate immune response to virus and bacterial pathogens is widely recognised, however, little is known about the role of TLRs in host defence against eukaryotic pathogens. Immunologic investigations on the marine model of infection with Leishmania major (L. major) have correlated the outcome of the disease with expansion of different subsets of CD4+ cells, designated Th1 and Th2. The resistance of C57BL/6, CBA and C3H/He mice is linked with an IL-12 driven Th1 response. In BALB/c mice the susceptibility correlates with an IL-4 driven Th2 response. The initial event promoting the development of a Th1 or Th2 response still remains elusive. Recently, the contribution of the TLR signalling pathway in the innate and acquired immune response to infection with the intracellular protozoan parasite L. major has been demonstrated. Thus, the purpose of this study is to determine whether TLRs may play a role in influencing the outcome of the infection by directing the development of a Th1 or a Th2 response during infection with L, major parasites, in resistant C57BL/6 and susceptible BALB/c mice, respectively. We demonstrated that MyD88, the major TLR adaptor molecule is necessary for C57BL/6 to develop a resistant Th1 response following L. major infection. Our data show the essential role of MyD88 in the establishment of a protective Th1 response. We subsequently aimed to determine which TLRs may be involved in the protective response. Since TLR2 and TLR4 have shown to have a potential role for Leishmania recognition, we analysed the course of infection in TLR2 and TLR4 deficient mice on a C57BL/6 resistant background following L. major infection. Our results clearly demonstrate that TLR2 or TLR4 aze dispensable to control the outcome of the disease as the TLR2 and TLR4 knockout mice developed a protective Th1 response. With the aim of determining a potential TLR candidate important in the initiation of the Thl response, we assessed the mRNA expression of different TLRs (TLR1 to TLR9) using quantitative real-time RT-PCR at different time points during the first week of infection. The results clearly showed an upregulation of TLR7 and TLR9 mRNA expression during the early phase of infection in resistant C57BL/6 mice but not in susceptible BALB/c mice. To provide in vivo evidence for the role for, these TLRs in the outcome of cutaneous leishmaniasis, studies using TLR7 and TLR9 deficient mice on a resistant C57BL/6 background were performed. The TLR7 deficient mice developed a resistance phenotype that was comparable with C57BL/6 wild type mice. Thus, the presence of TLR7 is not indispensable for the development of a Th1 response and resistance to infection. On the contrary, TLR9 deficient mice on the C57BL/6 resistant background showed high variability in the outcome of the disease. Although some mice behave as resistant C57BL/6 mice, half of them developed high lesion following infection and showed a decrease in IFN-γ production and an increase in IL-4 as compared to wild type mice. These results suggest that TLR9 may be involved in the control of infection. To test the hypothesis that regulatory T cells (Treg) are playing a role in the high variability in the disease outcome in TLR9 deficient mice, depletion of CD4+CD25+ T cells with a specific antibody three days before infection with L. major were performed Interestingly, these treated mice developed large lesions, low IL-4 and decreased IFN-γ producion when compared to untreated mice. A better understanding of the mechanism by which Treg cells influence the outcome of the disease in TLR9 deficient mice following L. major infection is currently under investigation. Altogether, this study demonstrates the importance of TLR9 in the induction of a protective T'h1 response, a process that is involved in the resolution of the lesion induced by L. major infection. 1.2 RÉSUMÉ Le rôle de la réponse immunitaire innée a longtemps été négligé quant à l'impact qu'elle pourrait avoir dans l'initiation d'une réponse immune adaptative efficace dirigée contre un pathogène. Si l'importance des récepteurs Toll-like (TLR) du système inné dans la reconnaissance des virus et bactéries a été démontrée, son rôle dans la défense contre les pathogènes eucaryotes reste encore très élusif. Récemment, il a été montré que les voies de signalisation provenant de l'activation des TLRs pouvaient initier la réponse immunitaire innée et adaptative après une infection avec le parasite protozoaire Leishmania major (L. major). Dans un modèle marin d'infection avec L. major alors que la plupart des souches de souris telles que C57BL/6 sont résistantes à l'infection et développent une réponse immunitaire de type T helper 1 (Th1) induite par IL-12, peu de souches dont les BALB/c sont sensibles et développent une réponse Th2 induite par IL-4. La différentiation Th1/Th2 est un événement qui prend place de manière définitive lors de la première semaine après infection. Les événements précoces promouvant le développement d'une réponse Th1 ou Th2 n'étant pas connus, l'objectif de ce travail a été de démontrer un rôle des TLRs dans l'initiation d'une réponse immune innée et adaptative suite à l'infection par L. major. Nous avons démontré que MyD88, une molécule importante dans le processus de signalisation des TLRs, est nécessaire pour que les souris résistantes C57BL/6 développent une réponse Th1 protectrice. L'importance du rôle de TLR2 et TLR4 dans la reconnaissance du parasite Leishmania ayant été démontrée, nous avons privilégié l'analyse de la réponse immunitaire suite à une infection in vivo de souris déficiente en TLR2 ou TLR4 sur un fond génétique résistant. Les résultats obtenus montrent que la présence de ces récepteurs n'est pas indispensable pour le contrôle de l'infection et la polarisation d'une réponse Th1 caractéristique de la résistance à L. major. Cependant d'autres TLRs peuvent aussi activer la voie de signalisation MyD88 dépendante. L'expression de l'ARNm des différents TLRs dans les ganglions drainant de souris sensibles et résistantes pendant la première semaine d'infection a été déterminée par PCR quantitative en temps réel. Les résultats obtenus montrent que l'ARNm de TLR7 et TLR9 était régulé positivement suite à l'infection par L. major chez les souris résistantes C57BL/6 alors qu'aucune modulation n'était détectable chez les souris sensibles BALB/c. Le rôle des récepteurs TLR7 et TLR9 a donc été évalué par l'infection par L. major des souris déficientes en TLR7 et TLR9 sur fond génétique C57BL/6. Nos résultats ont clairement démontré que les souris déficientes en TLR7 montrent une réponse immunitaire identique à celle des souris résistantes C57BL/6, signifiant que TLR7 n'est pas indispensable au développement d'une Th1 ainsi qu'au contrôle de la parasitémie. Paz contre, les souris déficientes en TLR9 sur un fond génétique résistant ont montré une grande variabilité dans la réponse à l'infection. En effet, la moitié des souris deviennent sensibles à l'infection, ceci étant associé à une diminution dans la production d'IFN-γ et à une augmentation de la production d'IL-4. Ces résultats suggèrent que TLR9 est impliqué dans le contrôle de la lésion et de la réponse immunitaire suite à l'infection avec L. major. Cependant les résultats avec les souris déficientes en TLR9 montrant une grande hétérogénéité et une balance Th1/Th2 instable, nous avons émis l'hypothèse que les cellules T régulatrices pouvaient être impliquées dans ce phénomène. Nous avons effectivement constaté qu'après déplétion des cellules CD4+CD25+, les souris déficientes en TLR9 développent des lésions aussi grandes que les souris BALB/c après infection par L. major. Cependant le nombre de parasites reste le même que chez les souris C57BL/6. De plus la production d'IL-4 ainsi que celle d'IFN-γ reste extrêment bas. Les mécanismes régulateurs impliqués dans ce processus sont en cours d'analyse. Ce travail met en évidence l'importance du TLR9 dans le développement d'une réponse Th1 lors d'une infection avec L. major, un processus nécessaire pour la résistance à l'infection. 1.3 RESUME POUR UN LARGE PUBLIC La leishmaniose est une maladie parasitaire répandue dans le monde entier et touchant plus de 88 pays. L'incidence mondiale de la leishmaniose cutanée et de 1 à 1,5 million de nouveaux cas par année. Plus de 12 millions de personnes sont affectées par la maladie et 350 millions de personnes sont une population à risque. Un modèle marin d'infection avec Leishmania major (L. major) a été établi qui reproduit plusieurs tableaux cliniques observés dans le cas de la leishmaniose cutanée chez l'homme. L'analyse de la réponse immunitaire dans les souris infectées par L. major a permis de distinguer deux groupes : les souris de la plupart des souches telles que C57BL/6 sont résistantes à l'infection et développent une réponse immunitaire de type T helper 1 (Th1), alors que quelques souches dont les BALB/c sont sensibles et développent une réponse de type Th2. La réponse immune adaptative dans le modèle d'infection avec L. major à été largement étudiée. Cependant, les événements précoces déterminants pour le développement d'une réponse Th1 ou Th2 restent encore très flous. Récemment, plusieurs publications ont montré que les récepteurs Toll-like (TLR) peuvent contribuer à l'initiation de la réponse immunitaire lors d'une infection avec le parasite intracellulaire L. major. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié le rôle de MyD88, une molécule importante dans le processus de signalisation des TLRs, dans la réponse immune suite à une infection avec L. major. En l'absence de MyD88, les souris normalement résistantes à l'infection avec L. major deviennent sensibles et développent des lésions importantes. Ces souris ne sont plus capables de développer une réponse Thl, normalement caractéristique de leur phénotype résistant. Nous avons ensuite tenté de comprendre quels TLRs, plus précisément, pouvait être impliqué dans ce processus. Malgré quelques évidences démontrant que TLR2 et TLR4 pouvaient avoir un rôle important dans l'initiation d'une réponse immunitaire adaptative à Leishmania, nous avons montré que, in vivo après infection avec L. major, la déficience d'un de ces récepteurs n'était pas suffisante à faire basculer la réponse immunitaire. Les souris C57BL/6 déficient en TLR2 ou TLR4 peuvent parfaitement contrôler l'évolution de la maladie. De plus, ces souris, malgré l'absence de TLR2 ou TLR4, sont capables de monter une parfaite réponse Thl. Etant donné que TLR2 et TLR4 n'étaient pas essentiels pour la résistance à la maladie, nous avons analysé les TLRs, parmi les 12 décrits qui pouvaient être indispensables au développement d'une réponse de type Th1 associée à la résistance à l'infection par Leishmania. Nos expériences ont montré que l'expression de l'ARN messager (ARNm) de TLR7 et TLR9 était modulée suite à l'infection par L. major chez la souris résistante C57BL/6 alors qu'aucune modulation n'était visible chez les souris sensible BALB/c. Pensant que ces TLRs pourraient jouer un rôle dans la réponse immunitaire au parasite, nous avons étudié l'évolution de l'infection dans les souris déficientes en TLR7 et TLR9. Nos résultats ont clairement démontré que TLR7 n'était pas indispensable à la résistance au parasite alors que l'absence de TLR9 avait des conséquences radicales sur le contrôle de la lésion et de la réponse immunitaire suite à l'infection avec L. major. Ce travail révèle ainsi l'importance du TLR9 dans le développement d'une réponse Th1 lors d'une infection avec L. major, un processus nécessaire pour la résistance à l'infection. Il est a noté que nos résultats sont en accord avec le fait que les motifs CpG, qui sont des immunostimulateurs interagissant avec le TLR9, ont une activité adjuvante importante dans la préparation de vaccins contre la leishmaniose. Une meilleure compréhension des mécanismes immunologiques impliquant le TLR9 dans la reconnaissance du parasite est alors indispensable pour le développement de vaccins thérapeutiques efficaces.

GATA3-driven Th2 responses inhibit TGF-beta1-induced FOXP3 expression and the formation of regulatory T cells.

Transcription factors act in concert to induce lineage commitment towards Th1, Th2, or T regulatory (Treg) cells, and their counter-regulatory mechanisms were shown to be critical for polarization between Th1 and Th2 phenotypes. FOXP3 is an essential transcription factor for natural, thymus-derived (nTreg) and inducible Treg (iTreg) commitment; however, the mechanisms regulating its expression are as yet unknown. We describe a mechanism controlling iTreg polarization, which is overruled by the Th2 differentiation pathway. We demonstrated that interleukin 4 (IL-4) present at the time of T cell priming inhibits FOXP3. This inhibitory mechanism was also confirmed in Th2 cells and in T cells of transgenic mice overexpressing GATA-3 in T cells, which are shown to be deficient in transforming growth factor (TGF)-beta-mediated FOXP3 induction. This inhibition is mediated by direct binding of GATA3 to the FOXP3 promoter, which represses its transactivation process. Therefore, this study provides a new understanding of tolerance development, controlled by a type 2 immune response. IL-4 treatment in mice reduces iTreg cell frequency, highlighting that therapeutic approaches that target IL-4 or GATA3 might provide new preventive strategies facilitating tolerance induction particularly in Th2-mediated diseases, such as allergy.

Monitoring of innate and adaptive immune responses in the context of human immunotherapy

Summary1 SummaryCancer patients have a better clinical outcome when their tumours display marked infiltration by memory Τ cells. Moreover, the overrepresentation of Th1 gene signatures in primary tumours correlates with favourable prognosis. Thus, vaccination to induce Τ cells capable of infiltrating and eradicating the tumour seems a promising strategy for the treatment of cancer. Here, I monitored CD4 Τ cell responses in melanoma patients vaccinated with the long synthetic peptides Melan- A16-35(A27L) and NY-ESO-179.108. Most of the patients developed strong and diverse peptide antigen specific CD4 Τ cell responses. Analysis of the fine specificity of CD4 Τ cell antigen recognition led to the identification of two new epitopes. The peptide Melan-A16_35(A27L) was delivered by virus-like particles (VLPs) derived from bacteriophage Οβ, which themselves displayed strong immunogenicity. I show evidence for induction of Οβ- and Melan-A specific CD4 Τ cell responses that developed a Th1 functional profile after repeated vaccination cycles. They also specifically released the chemokines CCL-3 and CCL-4, which play important roles in attracting CD8 Τ cells to the APC surface for priming and formation of Τ cell memory. We further found induction of robust humoral IgG responses upon VLP vaccination, and the lgG1-lgG4 isotype composition depended on the adjuvant used. Since heavy chain class switching largely dépends on the presence of CD4 Τ cell help, this result suggests that the adjuvant can influence the differentiation of elicited CD4 Τ cells, thereby contributing to the quality and function of both Β cells and CD8 Τ cells. The nature of the inflammatory processes in the tumour microenvironment can modulate CD8 Τ cell function. A collaboration was established for the investigation regulation of inflammasome activation in human primary monocytes. We identified IL- 4 and TGF-β as strong inhibitors of IL-1 β secretion, Indicating some level of regulation from effector Th2 and Treg responses. We further found a potent inhibition of inflammasome activation by type I interferon, and demonstrated in vivo inhibition of IL-1 β responses in monocytes from active multiple sclerosis patients under IFN-β therapy. This finding further offers a possible explanation for its success, which mechanism of action is still largely unclear. Interestingly, type I interferon is also being used as adjuvant treatment for tumour free metastatic cutaneous melanoma patients. While its clinical benefit has remained controversial, recent data suggest that the subset of patients with ulcerated primary melanoma lesions can benefit from this therapy. Future investigations will shed light on the implication of the inflammasome in this context, and may offer new strategies for improved adjuvant treatments of melanoma.2 RésuméLes patients atteints de cancer ont une meilleure chance de survie si leurs tumeurs s'avèrent être largement infiltrées par des cellules Τ mémoires. De plus, la surreprésentation d'une signature génique Th1 est en corrélation avec un pronostic favorable. Ainsi, la vaccination visant à induire des cellules Τ capables d'infiltrer et de détruire la tumeur parait être une stratégie prometteuse pour le traitement du cancer. Dans ce travail, j'ai procédé au monitoring de la réponse des cellules Τ CD4 dans des patients atteints de mélanome vaccinés avec les longs peptides synthétiques Melan-A16_35(A27L) et NY-ESO-179_108. Ces peptides représentent des antigènes tumoraux reconnus par des lymphocytes T. La majorité des patients a développé une réponse forte et diversifiée des cellules Τ CD4 spécifiques contre les peptides. L'analyse de la spécificité fine de la reconnaissance antigénique des cellules Τ CD4 nous a conduits à l'identification de deux nouveaux épitopes. Le peptide Melan-Aie. 35(A27L) a été délivré par des particules de type viral (VLPs) dérivés de bactériophages Qβ, qui ont eux-mêmes démontré une forte immunogénicité. Mon travail montre les preuves d'une induction de réponses spécifiques des cellules Τ CD4 contre les Qβ et Melan-A développant un profil fonctionnel Th1 après plusieurs cycles de vaccination. Elles secrètent aussi spécifiquement les chimiokines CCL-3 et CCL-4, qui jouent un rôle important dans l'attraction des cellules Τ CD8 à la surface des cellules présentatrices d'antigènes et contribuent ainsi à induire et former la mémoire cellulaire Τ CD8. Nous avons également remarqué une induction de fortes réponses humorales IgG après vaccination avec les VLPs, et que la composition des isotypes lgG1-lgG4 dépendait de l'adjuvant utilisé. Etant donné qu'une commutation de classe de la chaîne lourde dépend largement ùie l'aide des cellules Τ CD4, ce résultat suggère que l'adjuvant puisse influencer la différeritiation de cellules Τ CD4 en différent types, contribuant ainsi à la qualité et à la fonction des cellules Β et des cellules Τ CD8.La nature des processus d'inflammation dans le microenvironnement tumoral peut moduler la fonction des cellules Τ CD8. Une collaboration a été établie pour investiguer la régulation de l'activation de l'inflammasome dans des monocytes primaires humains. Nous avons identifié l'IL-4 et le TGF-β comme étant de puissants inhibiteurs de la sécrétion de IL-Ιβ, indiquant une certaine régulation de la réponse inflammatoire induite par les cellules Th2 et Τ régulatrices. Nous avons également trouvé une forte inhibition de l'activation de l'inflammasome par l'interféron type I, et nous avons démontré une inhibition in vivo de la réponse IL-1 β dans des monocytes de patients atteints d'une sclérose en plaque active sous traitement IFN-β. Ce résultat nous offre une possible explication du succès de cette thérapie, dont le mécanisme reste à ce jour encore largement obscur. Il est intéressant de noter que l'interféron de type I est également utilisé pour le traitement de patients atteints de mélanome cutané métastasique sans tumeurs. Bien que le bénéfice clinique de ce traitement reste controversé, des études récentes montrent qu'une partie des patients atteints de mélanome primaire ulcéré peut tirer bénéfice de cette thérapie. De futures investigations pourront mieux nous renseigner sur l'implication de l'inflammasome dans ce contexte et offrir de nouvelles stratégies pour améliorer les traitements adjuvants du mélanome.