Pseudomonas syringae Hrp type III secretion system and effector proteins

Pseudomonas syringae is a member of an important group of Gram-negative bacterial pathogens of plants and animals that depend on a type III secretion system to inject virulence effector proteins into host cells. In P. syringae, hrp/hrc genes encode the Hrp (type III secretion) system, and avirulence (avr) and Hrp-dependent outer protein (hop) genes encode effector proteins. The hrp/hrc genes of P. syringae pv syringae 61, P. syringae pv syringae B728a, and P. syringae pv tomato DC3000 are flanked by an exchangeable effector locus and a conserved effector locus in a tripartite mosaic Hrp pathogenicity island (Pai) that is linked to a tRNALeu gene found also in Pseudomonas aeruginosa but without linkage to Hrp system genes. Cosmid pHIR11 carries a portion of the strain 61 Hrp pathogenicity island that is sufficient to direct Escherichia coli and Pseudomonas fluorescens to inject HopPsyA into tobacco cells, thereby eliciting a hypersensitive response normally triggered only by plant pathogens. Large deletions in strain DC3000 revealed that the conserved effector locus is essential for pathogenicity but the exchangeable effector locus has only a minor role in growth in tomato. P. syringae secretes HopPsyA and AvrPto in culture in a Hrp-dependent manner at pH and temperature conditions associated with pathogenesis. AvrPto is also secreted by Yersinia enterocolitica. The secretion of AvrPto depends on the first 15 codons, which are also sufficient to direct the secretion of an Npt reporter from Y. enterocolitica, indicating that a universal targeting signal is recognized by the type III secretion systems of both plant and animal pathogens.

Cloning of an arylalkylamine N-acetyltransferase (aaNAT1) from Drosophila melanogaster expressed in the nervous system and the gut.

In insects, neurotransmitter catabolism, melatonin precursor formation, and sclerotization involve arylalkylamine N-acetyltransferase (aaNAT, EC 2.3.1.87) activity. It is not known if one or multiple aaNAT enzymes are responsible for these activities. We recently have purified an aaNAT from Drosophila melanogaster. Here, we report the cloning of the corresponding aaNAT cDNA (aaNAT1) that upon COS cell expression acetylates dopamine, tryptamine, and the immediate melatonin precursor serotonin. aaNAT1 represents a novel gene family unrelated to known acetyl-transferases, except in two weakly conserved amino acid motifs. In situ hybridization studies of aaNAT1 mRNA in embryos reveal hybridization signals in the brain, the ventral cord, the gut, and probably in oenocytes, indicating a broad tissue distribution of aaNAT1 transcripts. Moreover, in day/ night studies we demonstrate a diurnal rhythm of melatonin concentration without a clear-cut change in aaNAT1 mRNA levels. The data suggest that tissue-specific regulation of aaNAT1 may be associated with different enzymatic functions and do not exclude the possibility of additional aaNAT genes.

Local production of the p40 subunit of interleukin 12 suppresses T-helper 1-mediated immune responses and prevents allogeneic myoblast rejection.

The p40 subunit of interleukin 12 (IL-12p40) has been known to act as an IL-12 antagonist in vitro. We here describe the immunosuppressive effect of IL-12p40 in vivo. A murine myoblast cell line, C2C12, was transduced with retro-virus vectors carrying the lacZ gene as a marker and the IL-12p40 gene. IL-12p40 secreted from the transfectant inhibited the IL-12-induced interferon gamma (IFN-gamma) production by splenocytes in vitro. Survival of C2C12 transplanted into allogeneic recipients was substantially prolonged when transduced with IL-12p40. Cytokine (IL-2 and IFN-gamma) production and cytotoxic T lymphocyte induction against allogeneic C2C12 were impaired in the recipients transplanted with the IL-12p40 transfectant. Delayed-type hypersensitivity response against C2C12 was also diminished in the IL-12p40 recipients. Furthermore, serum antibodies against beta-galactosidase of the T-helper 1-dependent isotypes (IgG2 and IgG3) were decreased in the IL-12p40 recipients. These results indicate that locally produced IL-12p40 exerts a potent immunosuppressive effect on T-helper 1-mediated immune responses that lead to allograft rejection. Therefore, IL-12p40 gene transduction would be useful for preventing the rejection of allografts and genetically modified own cells that are transduced with potentially antigenic molecules in gene therapy.

Preferential induction of a Th1 immune response and inhibition of specific IgE antibody formation by plasmid DNA immunization.

We compared the antigen-specific antibody isotypes and lymphokine secretion by CD4+ T cells in BALB/c mice immunized intradermally with either Escherichia coli beta-galactosidase (beta-gal) or plasmid DNA (pDNA) encoding beta-gal in a cytomegalovirus-based expression vector (pCMV-LacZ). pCMV-LacZ induced mainly IgG2a, whereas beta-gal in saline or alum induced IgG1 and IgE beta-gal-specific antibodies. In addition, splenic CD4+ T helper (Th) cells isolated from pDNA-immunized mice secreted interferon-gamma but not interleukin (IL)-4 and IL-5, whereas Th cells from beta-gal-injected mice secreted IL-4 and IL-5 but not interferon-gamma after in vitro stimulation with antigen. Together these data demonstrate that pDNA immunization induced a T helper type 1 (Th1) response, whereas protein immunization induced a T helper type 2 (Th2) response to the same antigen. Interestingly, priming of mice with pCMV-LacZ prevented IgE antibody formation to a subsequent i.p. beta-gal in alum injection. This effect was antigen-specific, because priming with pCMV-LacZ did not inhibit IgE anti-ovalbumin antibody formation. Most importantly, intradermal immunization with pCMV-LacZ (but not pCMV-OVA) of beta-gal in alum-primed mice caused a 66-75% reduction of the IgE anti-beta-gal titer in 6 weeks. Also, pCMV-LacZ induced specific IgG2a antibody titers and interferon-gamma secretion by Th cells in the beta-gal in alum-primed mice. The data demonstrate that gene immunization induces a Th1 response that dominates over an ongoing protein-induced Th2 response in an antigen-specific manner. This suggests that immunization with pDNA encoding for allergens may provide a novel type of immunotherapy for allergic diseases.

Systemic versus cartilage-specific expression of a type II collagen-specific T-cell epitope determines the level of tolerance and susceptibility to arthritis.

Immunization of mice with rat type II collagen (CII), a cartilage-specific protein, leads to development of collagen-induced arthritis (CIA), a model for rheumatoid arthritis. To define the interaction between the immune system and cartilage, we produced two sets of transgenic mice. In the first we point mutated the mouse CII gene to express an earlier defined T-cell epitope, CII-(256-270), present in rat CII. In the second we mutated the mouse type I collagen gene to express the same T-cell epitope. The mice with mutated type I collagen showed no T-cell reactivity to rat CII and were resistant to CIA. Thus, the CII-(256-270) epitope is immunodominant and critical for development of CIA. In contrast, the mice with mutated CII had an intact B-cell response and had T cells which could produce gamma interferon, but not proliferate, in response to CII. They developed CIA, albeit with a reduced incidence. Thus, we conclude that T cells recognize CII derived from endogenous cartilage and are partially tolerized but may still be capable of mediating CIA.

Disruption of the Cbfa2 gene causes necrosis and hemorrhaging in the central nervous system and blocks definitive hematopoiesis.

The CBFA2 (AML1) gene encodes a DNA-binding subunit of the heterodimeric core-binding factor. The CBFA2 gene is disrupted by the (8;21), (3;21), and (12;21) chromosomal translocations associated with leukemias and myelodysplasias in humans. Mice lacking a CBF alpha 2 protein capable of binding DNA die between embryonic days 11.5 and 12.5 due to hemorrhaging in the central nervous system (CNS), at the nerve/CNS interfaces of cranial and spinal nerves, and in somitic/intersomitic regions along the presumptive spinal cord. Hemorrhaging is preceded by symmetric, bilateral necrosis in these regions. Definitive erythropoiesis and myelopoiesis do not occur in Cbfa2-deficient embryos, and disruption of one copy of the Cbfa2 gene significantly reduces the number of progenitors for erythroid and myeloid cells.

Coupling the phosphotransferase system and the methyl-accepting chemotaxis protein-dependent chemotaxis signaling pathways of Escherichia coli.

Chemotactic responses in Escherichia coli are typically mediated by transmembrane receptors that monitor chemoeffector levels with periplasmic binding domains and communicate with the flagellar motors through two cytoplasmic proteins, CheA and CheY. CheA autophosphorylates and then donates its phosphate to CheY, which in turn controls flagellar rotation. E. coli also exhibits chemotactic responses to substrates that are transported by the phosphoenolpyruvate (PEP)-dependent carbohydrate phosphotransferase system (PTS). Unlike conventional chemoreception, PTS substrates are sensed during their uptake and concomitant phosphorylation by the cell. The phosphoryl groups are transferred from PEP to the carbohydrates through two common intermediates, enzyme I (EI) and phosphohistidine carrier protein (HPr), and then to sugar-specific enzymes II. We found that in mutant strains HPr-like proteins could substitute for HPr in transport but did not mediate chemotactic signaling. In in vitro assays, these proteins exhibited reduced phosphotransfer rates from EI, indicating that the phosphorylation state of EI might link the PTS phospho-relay to the flagellar signaling pathway. Tests with purified proteins revealed that unphosphorylated EI inhibited CheA autophosphorylation, whereas phosphorylated EI did not. These findings suggest the following model for signal transduction in PTS-dependent chemotaxis. During uptake of a PTS carbohydrate, EI is dephosphorylated more rapidly by HPr than it is phosphorylated at the expense of PEP. Consequently, unphosphorylated EI builds up and inhibits CheA autophosphorylation. This slows the flow of phosphates to CheY, eliciting an up-gradient swimming response by the cell.

Identification of a second homolog of N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein that is expressed in the nervous system and secretory tissues of Drosophila.

N-Ethylmaleimide-sensitive fusion protein (NSF) is an ATPase known to have an essential role in intracellular membrane transport events. Recently, cDNA clones encoding a Drosophila melanogaster homolog of this protein, named dNSF, were characterized and found to be expressed in the nervous system. We now report the identification of a second homolog of NSF, called dNSF-2 within this species and report evidence that this ubiquitous and widely utilized fusion protein belongs to a multigene family. The predicted amino acid sequence of dNSF-2 is 84.5% identical to dNSF (hereafter named dNSF-1), 59% identical to NSF from Chinese hamster, and 38.5% identical to the yeast homolog SEC18. The highest similarity was found in a region of dNSF-2 containing one of two ATP-binding sites; this region is most similar to members of a superfamily of ATPases. dNSF-2 is localized to a region between bands 87F12 and 88A3 on chromosome 3, and in situ hybridization techniques revealed expression in the nervous system during embryogenesis and in several imaginal discs and secretory structures in the larvae. Developmental modulation of dNSF-2 expression suggests that quantitative changes in the secretory apparatus are important in histogenesis.

Pleasant sweeping grooming touch in rhesus monkey: effects on autonomic nervous system and its codification in posterior insular and secondary somatosensory cortex

Il tatto assume un'importanza fondamentale nella vita quotidiana, in quanto ci permette di discriminare le caratteristiche fisiche di un oggetto specifico, di identificarlo e di eventualmente integrare le suddette informazioni tattili con informazioni provenienti da altri canali sensoriali. Questa è la componente sensoriale-discriminativa del tatto. Tuttavia quotidianamente il tatto assume un ruolo fondamentale durante le diverse interazioni sociali, positive, come quando abbracciamo o accarezziamo una persona con cui abbiamo un rapporto affettivo e negative, per esempio quando allontaniamo una persona estranea dal nostro spazio peri-personale. Questa componente è la cosiddetta dimensione affettiva-motivazionale, la quale determina la codifica della valenza emotiva che l'interazione assume. Questa componente ci permette di creare, mantenere o distruggere i legami sociali in relazione al significato che il tocco assume durante l'interazione. Se per esempio riceviamo una carezza da un familiare, questa verrà percepita come piacevole e assumerà un significato affiliativo. Questo tipo di tocco è comunente definito come Tocco Sociale (Social Touch). Gli aspetti discriminativi del tatto sono stati ben caratterizzati, in quanto storicamente, il ruolo del tatto è stato considerato quello di discriminare le caratteristiche di ciò che viene toccato, mentre gli aspetti affettivi sono stati solo recentemente indagati considerando la loro importanza nelle interazioni sociali. Il tocco statico responsabile dell'aspetto discriminante attiva a livello della pelle le grandi fibre mieliniche (Aβ), modulando a livello del sistema nervoso centrale le cortecce sensoriali, sia primarie che secondarie. Questo permette la codifica a livello del sistema nervoso centrale delle caratteristiche fisiche oggettive degli oggetti toccati. Studi riguardanti le caratteristiche del tocco affiliativo sociale hanno messo in evidenza che suddetta stimolazione tattile 1) è un particolare tocco dinamico che avviene sul lato peloso delle pelle con una velocità di 1-10 cm/sec; 2) attiva le fibre amieliniche (fibre CT o C-LTMRs); 3) induce positivi effetti autonomici, ad esempio la diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca; e 4) determina la modulazione di regioni cerebrali coinvolte nella codifica del significato affiliativo dello stimolo sensoriale periferico, in particolare la corteccia insulare. Il senso del tatto, con le sue due dimensioni discriminativa e affiliativa, è quotidianamente usato non solo negli esseri umani, ma anche tra i primati non umani. Infatti, tutti i primati non umani utilizzano la componente discriminativa del tatto per identificare gli oggetti e il cibo e l'aspetto emotivo durante le interazioni sociali, sia negative come durante un combattimento, che positive, come durante i comportamenti affiliativi tra cui il grooming. I meccanismi di codifica della componente discriminativa dei primati non umani sono simili a quelli umani. Tuttavia, si conosce ben poco dei meccanismi alla base della codifica del tocco piacevole affiliativo. Pur essendo ben noto che i meccanorecettori amilienici C-LTMRs sono presenti anche sul lato peloso della pelle dei primati non umani, attualmente non ci sono studi riguardanti la correlazione tra il tocco piacevole e la loro modulazione, come invece è stato ampiamente dimostrato nell'uomo. Recentemente è stato ipotizzato (Dunbar, 2010) il ruolo delle fibre C-LTMRs durante il grooming, in particolare durante il cosiddetto swepping. Il grooming è costituito da due azioni motorie, lo sweeping e il picking che vengono eseguite in modo ritmico. Durante lo sweeping la scimmia agente muove il pelo della scimmia ricevente con un movimento a mano aperta, per poter vedere il preciso punto della pelle dove eseguire il picking, ovvero dove prendere la pelle a livello della radice del pelo con le unghie dell'indice e del pollice e tirare per rimuovere parassiti o uova di parassiti e ciò che è rimasto incastrato nel pelo. Oltre il noto ruolo igenico, il grooming sembra avere anche una importante funzione sociale affiliativa. Come la carezza nella società umana, cosi il grooming tra i primati non umani è considerato un comportamento. Secondo l'ipotesi di Dunbar l'attivazione delle C-LTMRs avverrebbe durante lo sweeping e questo porta a supporre che lo sweeping, come la carezza umana, costituisca una componente affiliativa del grooming, determinando quindi a contribuire alla sua codifica come comportamento sociale. Fino ad ora non vi è però alcuna prova diretta a sostegno di questa ipotesi. In particolare, 1) la velocità cui viene eseguito lo sweeping è compatibile con la velocità di attivazione delle fibre CT nell'uomo e quindi con la velocità tipica della carezza piacevole di carattere sociale affiliativo (1-10 cm/sec)?; 2) lo sweeping induce la stessa modulazione del sistema nervoso autonomo in direzione della modulazione del sistema vagale, come il tocco piacevole nell'uomo, attraverso l'attivazione delle fibre CT?; 3) lo sweeping modula la corteccia insulare, cosi come il tocco piacevole viene codificato come affiliativo nell'uomo mediante le proiezioni delle fibre CT a livello dell'insula posteriore? Lo scopo del presente lavoro è quella di testare l'ipotesi di Dunbar sopra citata, cercando quindi di rispondere alle suddette domande. Le risposte potrebbero consentire di ipotizzare la somiglianza tra lo sweeping, caratteristico del comportamento affiliativo di grooming tra i primati non umani e la carezza. In particolare, abbiamo eseguito 4 studi pilota. Nello Studio 1 abbiamo valutato la velocità con cui viene eseguito lo sweeping tra scimmie Rhesus, mediante una analisi cinematica di video registrati tra un gruppo di scimmie Rhesus. Negli Studi 2 e 3 abbiamo valutato gli effetti sul sistema nervoso autonomo dello sweeping eseguito dallo sperimentatore su una scimmia Rhesus di sesso maschile in una tipica situazione sperimentale. La stimolazione tattile è stata eseguita a diverse velocità, in accordo con i risultati dello Studio 1 e degli studi umani che hanno dimostrato la velocità ottimale e non ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs. In particolare, nello Studio 2 abbiamo misurato la frequenza cardiaca e la variabilità di questa, come indice della modulatione vagale, mentre nello Studio 3 abbiamo valutato gli effetti dello sweeping sul sistema nervoso autonomo in termini di variazioni di temperatura del corpo, nello specifico a livello del muso della scimmia. Infine, nello Studio 4 abbiamo studiato il ruolo della corteccia somatosensoriale secondaria e insulare nella codifica dello sweeping. A questo scopo abbiamo eseguito registrazioni di singoli neuroni mentre la medesima scimmia soggetto sperimentale dello Studio 2 e 3, riceveva lo sweeping a due velocità, una ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs secondo gli studi umani e i risultati dei tre studi sopra citati, ed una non ottimale. I dati preliminari ottenuti, dimostrano che 1) (Studio 1) lo sweeping tra scimmie Rhesus viene eseguito con una velocità media di 9.31 cm/sec, all'interno dell'intervallo di attivazione delle fibre CT nell'uomo; 2) (Studio 2) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina una diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca se eseguito alla velocità di 5 e 10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 1 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina l'aumento della frequenza cardiaca e la diminuzione della variabilità di questa, quindi il decremento dell'attivazione del sistema nervoso parasimpatico; 3) (Studio 3) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina l'aumento della temperatura corporea a livello del muso della scimmia se eseguito alla velocità di 5-10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 5 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina la diminuzione della temperatura del muso; 4) (Studio 4) la corteccia somatosensoriale secondaria e la corteccia insulare posteriore presentano neuroni selettivamente modulati durante lo sweeping eseguito ad una velocità di 5-13 cm/sec ma non neuroni selettivi per la codifica della velocità dello sweeping minore di 5 cm/sec. Questi risultati supportano l'ipotesi di Dunbar relativa al coinvolgimento delle fibre CT durante lo sweeping. Infatti i dati mettono in luce che lo sweeping viene eseguito con una velocità (9.31 cm/sec), simile a quella di attivazione delle fibre CT nell'uomo (1-10 cm/sec), determina gli stessi effetti fisiologici positivi in termini di frequenza cardiaca (diminuzione) e variabilità della frequenza cardiaca (incremento) e la modulazione delle medesime aree a livello del sistema nervoso centrale (in particolare la corteccia insulare). Inoltre, abbiamo dimostrato per la prima volta che suddetta stimolazione tattile determina l'aumento della temperatura del muso della scimmia. Il presente studio rappresenta la prima prova indiretta dell'ipotesi relativa alla modulazione del sistema delle fibre C-LTMRs durante lo sweeping e quindi della codifica della stimolazione tattile piacevole affiliativa a livello del sistema nervoso centrale ed autonomo, nei primati non umani. I dati preliminari qui presentati evidenziano la somiglianza tra il sistema delle fibre CT dell'uomo e del sistema C-LTMRs nei primati non umano, riguardanti il Social Touch. Nonostante ciò abbiamo riscontrato alcune discrepanze tra i risultati da noi ottenuti e quelli invece ottenuti dagli studi umani. La velocità media dello sweeping è di 9.31 cm / sec, rasente il limite superiore dell’intervallo di velocità che attiva le fibre CT nell'uomo. Inoltre, gli effetti autonomici positivi, in termini di battito cardiaco, variabilità della frequenza cardiaca e temperatura a livello del muso, sono stati evidenziati durante lo sweeping eseguito con una velocità di 5 e 10 cm/sec, quindi al limite superiore dell’intervallo ottimale che attiva le fibre CT nell’uomo. Al contrario, lo sweeping eseguito con una velocità inferiore a 5 cm/sec e superiore a 10 cm/sec determina effetti fisiologici negativo. Infine, la corteccia insula sembra essere selettivamente modulata dallo stimolazione eseguita alla velocità di 5-13 cm/sec, ma non 1-5 cm/sec. Quindi, gli studi sul sistema delle fibre CT nell’uomo hanno dimostrato che la velocità ottimale è 1-10 cm/sec, mentre dai nostri risultati la velocità ottimale sembra essere 5-13 cm / sec. Quindi, nonostante l'omologia tra il sistema delle fibre CT nell'umano deputato alla codifica del tocco piacevole affiliativo ed il sistema delle fibre C-LTMRs nei primati non umani, ulteriori studi saranno necessari per definire con maggiore precisione la velocità ottimale di attivazione delle fibre C-LTMR e per dimostrare direttamente la loro attivazione durante lo sweeping, mediante la misurazione diretta della loro modulazione. Studi in questa direzione potranno confermare l'omologia tra lo sweeping in qualità di tocco affiliativo piacevole tra i primati non umani e la carezza tra gli uomini. Infine, il presente studio potrebbe essere un importante punto di partenza per esplorare il meccanismo evolutivo dietro la trasformazione dello sweeping tra primati non umani, azione utilitaria eseguita durante il grooming, a carezza, gesto puramente affiliativo tra gli uomini.

Valutazione della risposta immunitaria cellulare e fenotipizzazione linfocitaria nel suino in corso di infezione naturale da virus della PRRS (“Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome”) e dopo stimolazione di PBMC (“Peripheral Blood Mononuclear Cells”) in vitro con Peptide Killer (KP)

SUMMARY The Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome (PRRS) virus is one of the most spread pathogens in swine herds all over the world and responsible for a reproductive and respiratory syndrome that causes severe heath and economical problems. This virus emerged in late 1980’s but although about 30 years have passed by, the knowledge about some essential facets related to the features of the virus (pathogenesis, immune response, and epidemiology) seems to be still incomplete. Taking into account that the development of modern vaccines is based on how innate and acquire immunity react, a more and more thorough knowledge on the immune system is needed, in terms of molecular modulation/regulation of the inflammatory and immune response upon PRRSV infection. The present doctoral thesis, which is divided into 3 different studies, is aimed to increase the knowledge about the interaction between the immune system and the PRRS virus upon natural infection. The objective of the first study entitled “Coordinated immune response of memory and cytotoxic T cells together with IFN-γ secreting cells after porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) natural infection in conventional pigs” was to evaluate the activation and modulation of the immune response in pigs naturally infected by PRRSV compared to an uninfected control group. The course of viremia was evaluated by PCR, the antibody titres by ELISA, the number of IFN-γ secreting cells (IFN- SC) by an ELISPOT assay and the immunophenotyping of some lymphocyte subsets (cytotoxic cells, memory T lymphocytes and cytotoxic T lymphocytes) by flow cytometry. The results showed that the activation of the cell-mediated immune response against PRRSV is delayed upon infection and that however the levels of IFN-γ SC and lymphocyte subsets subsequently increase over time. Furthermore, it was observed that the course of the different immune cell subsets is time-associated with the levels of PRRSV-specific IFN-γ SC and this can be interpreted based on the functional role that such lymphocyte subsets could have in the specific production/secretion of the immunostimulatory cytokine IFN-γ. In addition, these data support the hypothesis that the age of the animals upon the onset of infection or the diverse immunobiological features of the field isolate, as typically hypothesized during PRRSV infection, are critical conditions able to influence the qualitative and quantitative course of the cell-mediated immune response during PRRSV natural infection. The second study entitled “Immune response to PCV2 vaccination in PRRSV viremic piglets” was aimed to evaluate whether PRRSV could interfere with the activation of the immune response to PCV2 vaccination in pigs. In this trial, 200 pigs were divided into 2 groups: PCV2-vaccinated (at 4 weeks of age) and PCV2-unvaccinated (control group). Some piglets of both groups got infected by PRRSV, as determined by PRRSV viremia detection, so that 4 groups were defined as follows: PCV2 vaccinated - PRRSV viremic PCV2 vaccinated - PRRSV non viremic PCV2 unvaccinated - PRRSV viremic PCV2 unvaccinated - PRRSV non viremic The following parameters were evaluated in the 4 groups: number of PCV2-specific IFN-γ secreting cells, antibody titres by ELISA and IPMA. Based on the immunological data analysis, it can be deduced that: 1) The low levels of antibodies against PCV2 in the PCV2-vaccinated – PRRSV-viremic group at vaccination (4 weeks of age) could be related to a reduced colostrum intake influenced by PRRSV viremia. 2) Independently of the viremia status, serological data of the PCV2-vaccinated group by ELISA and IPMA does not show statistically different differences. Consequently, it can be be stated that, under the conditions of the study, PRRSV does not interfere with the antibody response induced by the PCV2 vaccine. 3) The cell-mediated immune response in terms of number of PCV2-specific IFN-γ secreting cells in the PCV2-vaccinated – PRRSV-viremic group seems to be compromised, as demonstrated by the reduction of the number of IFN-γ secreting cells after PCV2 vaccination, compared to the PCV2-vaccinated – PRRSV-non-viremic group. The data highlight and further support the inhibitory role of PRRSV on the development and activation of the immune response and highlight how a natural infection at early age can negatively influence the immune response to other pathogens/antigens. The third study entitled “Phenotypic modulation of porcine CD14+ monocytes, natural killer/natural killer T cells and CD8αβ+ T cell subsets by an antibody-derived killer peptide (KP)” was aimed to determine whether and how the killer peptide (KP) could modulate the immune response in terms of activation of specific lymphocyte subsets. This is a preliminary approach also aimed to subsequently evaluate such KP with a potential antivural role or as adjuvant. In this work, pig peripheral blood mononuclear cells (PBMC) were stimulated with three KP concentrations (10, 20 and 40 g/ml) for three time points (24, 48 and 72 hours). TIME POINTS (hours) KP CONCENTRATIONS (g/ml) 24 0-10-20-40 48 0-10-20-40 72 0-10-20-40 By using flow cytometry, the qualitative and quantitative modulation of the following immune subsets was evaluated upon KP stimulation: monocytes, natural killer (NK) cells, natural killer T (NKT) cells, and CD4+ and CD8α/β+ T lymphocyte subsets. Based on the data, it can be deduced that: 1) KP promotes a dose-dependent activation of monocytes, particularly after 24 hours of stimulation, by inducing a monocyte phenotypic and maturation shift mainly involved in sustaining the innate/inflammatory response. 2) KP induces a strong dose-dependent modulation of NK and NKT cells, characterized by an intense increase of the NKT cell fraction compared to NK cells, both subsets involved in the antibody-dependent cell cytotoxicity (ADCC). The increase is observed especially after 24 hours of stimulation. 3) KP promotes a significant activation of the cytotoxic T lymphocyte subset (CTL). 4) KP can modulate both the T helper and T cytotoxic phenotype, by inducing T helper cells to acquire the CD8α thus becoming doube positive cells (CD4+CD8+) and by inducing CTL (CD4-CD8+high) to acquire the double positive phenotype (CD4+CD8α+high). Therefore, KP may induce several effects on different immune cell subsets. For this reason, further research is needed aimed at characterizing each “effect” of KP and thus identifying the best use of the decapeptide for vaccination practice, therapeutic purposes or as vaccine adjuvant. RIASSUNTO Il virus della PRRS (Porcine Reproductive Respiratory Syndrome) è uno dei più diffusi agenti patogeni negli allevamenti suini di tutto il mondo, responsabile di una sindrome riproduttiva e respiratoria causa di gravi danni ad impatto sanitario ed economico. Questo virus è emerso attorno alla fine degli anni ’80 ma nonostante siano passati circa una trentina di anni, le conoscenze su alcuni punti essenziali che riguardano le caratteristiche del virus (patogenesi, risposta immunitaria, epidemiologia) appaiono ancora spesso incomplete. Considerando che lo sviluppo dei vaccini moderni è basato sui principi dell’immunità innata e acquisita è essenziale una sempre più completa conoscenza del sistema immunitario inteso come modulazione/regolazione molecolare della risposta infiammatoria e immunitaria in corso di tale infezione. Questo lavoro di tesi, suddiviso in tre diversi studi, ha l’intento di contribuire all’aumento delle informazioni riguardo l’interazione del sistema immunitario, con il virus della PRRS in condizioni di infezione naturale. L’obbiettivo del primo studio, intitolato “Associazione di cellule memoria, cellule citotossiche e cellule secernenti IFN- nella risposta immunitaria in corso di infezione naturale da Virus della Sindrome Riproduttiva e Respiratoria del Suino (PRRSV)” è stato di valutare l’attivazione e la modulazione della risposta immunitaria in suini naturalmente infetti da PRRSV rispetto ad un gruppo controllo non infetto. I parametri valutati sono stati la viremia mediante PCR, il titolo anticorpale mediante ELISA, il numero di cellule secernenti IFN- (IFN- SC) mediante tecnica ELISPOT e la fenotipizzazione di alcune sottopopolazioni linfocitarie (Cellule citotossiche, linfociti T memoria e linfociti T citotossici) mediante citofluorimetria a flusso. Dai risultati ottenuti è stato possibile osservare che l’attivazione della risposta immunitaria cellulo-mediata verso PRRSV appare ritardata durante l’infezione e che l’andamento, in termini di IFN- SC e dei cambiamenti delle sottopopolazioni linfocitarie, mostra comunque degli incrementi seppur successivi nel tempo. E’ stato inoltre osservato che gli andamenti delle diverse sottopopolazioni immunitarie cellulari appaiono temporalmente associati ai livelli di IFN- SC PRRSV-specifiche e ciò potrebbe essere interpretato sulla base del ruolo funzionale che tali sottopopolazioni linfocitarie potrebbero avere nella produzione/secrezione specifica della citochina immunoattivatrice IFN-. Questi dati inoltre supportano l’ipotesi che l’età degli animali alla comparsa dell’infezione o, come tipicamente ipotizzato nell’infezione da PRRSV, le differenti caratteristiche immunobiologiche dell’isolato di campo, sia condizioni critiche nell’ influenzare l’andamento qualitativo e quantitativo della risposta cellulo-mediata durante l’infezione naturale da PRRSV. Il secondo studio, dal titolo “Valutazione della risposta immunitaria nei confronti di una vaccinazione contro PCV2 in suini riscontrati PRRSV viremici e non viremici alla vaccinazione” ha avuto lo scopo di valutare se il virus della PRRS potesse andare ad interferire sull’attivazione della risposta immunitaria indotta da vaccinazione contro PCV2 nel suino. In questo lavoro sono stati arruolati 200 animali divisi in due gruppi, PCV2 Vaccinato (a 4 settimane di età) e PCV2 Non Vaccinato (controllo negativo). Alcuni suinetti di entrambi i gruppi, si sono naturalmente infettati con PRRSV, come determinato con l’analisi della viremia da PRRSV, per cui è stato possibile creare quattro sottogruppi, rispettivamente: PCV2 vaccinato - PRRSV viremico PCV2 vaccinato - PRRSV non viremico PCV2 non vaccinato - PRRSV viremico PCV2 non vaccinato - PRRSV non viremico Su questi quattro sottogruppi sono stati valutati i seguenti parametri: numero di cellule secernenti IFN- PCV2 specifiche, ed i titoli anticorpali mediante tecniche ELISA ed IPMA. Dall’analisi dei dati immunologici derivati dalle suddette tecniche è stato possibile dedurre che:  I bassi valori anticorpali nei confronti di PCV2 del gruppo Vaccinato PCV2-PRRSV viremico già al periodo della vaccinazione (4 settimane di età) potrebbero essere messi in relazione ad una ridotta assunzione di colostro legata allo stato di viremia da PRRSV  Indipendentemente dallo stato viremico, i dati sierologici del gruppo vaccinato PCV2 provenienti sia da ELISA sia da IPMA non mostrano differenze statisticamente significative. Di conseguenza è possibile affermare che in questo caso PRRSV non interferisce con la risposta anticorpale promossa dal vaccino PCV2.  La risposta immunitaria cellulo-mediata, intesa come numero di cellule secernenti IFN- PCV2 specifiche nel gruppo PCV2 vaccinato PRRS viremico sembra essere compromessa, come viene infatti dimostrato dalla diminuzione del numero di cellule secernenti IFN- dopo la vaccinazione contro PCV2, comparata con il gruppo PCV2 vaccinato- non viremico. I dati evidenziano ed ulteriormente sostengono il ruolo inibitorio del virus della PRRSV sullo sviluppo ed attivazione della risposta immunitaria e come un infezione naturale ad età precoci possa influenzare negativamente la risposta immunitaria ad altri patogeni/antigeni. Il terzo studio, intitolato “Modulazione fenotipica di: monociti CD14+, cellule natural killer (NK), T natural killer (NKT) e sottopopolazioni linfocitarie T CD4+ e CD8+ durante stimolazione con killer peptide (KP) nella specie suina” ha avuto come scopo quello di stabilire se e come il Peptide Killer (KP) potesse modulare la risposta immunitaria in termini di attivazione di specifiche sottopopolazioni linfocitarie. Si tratta di un approccio preliminare anche ai fini di successivamente valutare tale KP in un potenziale ruolo antivirale o come adiuvante. In questo lavoro, periferal blood mononuclear cells (PBMC) suine sono state stimolate con KP a tre diverse concentrazioni (10, 20 e 40 g/ml) per tre diversi tempi (24, 48 e 72 ore). TEMPI DI STIMOLAZIONE (ore) CONCENTRAZIONE DI KP (g/ml) 24 0-10-20-40 48 0-10-20-40 72 0-10-20-40 Mediante la citometria a flusso è stato dunque possibile analizzare il comportamento qualitativo e quantitativo di alcune sottopopolazioni linfocitarie sotto lo stimolo del KP, tra cui: monociti, cellule Natural Killer (NK), cellule T Natural Killer (NKT) e linfociti T CD4 e CD8+. Dai dati ottenuti è stato possibile dedurre che: 1) KP promuove un’attivazione dei monociti dose-dipendente in particolare dopo 24 ore di stimolazione, inducendo uno “shift” fenotipico e di maturazione monocitaria maggiormente coinvolto nel sostegno della risposta innata/infiammatoria. 2) KP induce una forte modulazione dose-dipendente di cellule NK e NKT con un forte aumento della frazione delle cellule NKT rispetto alle NK, sottopopolazioni entrambe coinvolte nella citotossicità cellulare mediata da anticorpi (ADCC). L’aumento è riscontrabile soprattutto dopo 24 ore di stimolazione. 3) KP promuove una significativa attivazione della sottopopolazione del linfociti T citotossici (CTL). 4) Per quanto riguarda la marcatura CD4+/CD8+ è stato dimostrato che KP ha la capacità di modulare sia il fenotipo T helper che T citotossico, inducendo le cellule T helper ad acquisire CD8 diventando quindi doppio positive (CD4+CD8+) ed inducendo il fenotipo CTL (CD4-CD8+high) ad acquisire il fenotipo doppio positivo (CD4+CD8α+high). Molti dunque potrebbero essere gli effetti che il decapeptide KP potrebbe esercitare sulle diverse sottopopolazioni del sistema immunitario, per questo motivo va evidenziata la necessità di impostare e attuare nuove ricerche che portino alla caratterizzazione di ciascuna “abilità” di KP e che conducano successivamente alla scoperta del migliore utilizzo che si possa fare del decapeptide sia dal punto di vista vaccinale, terapeutico oppure sotto forma di adiuvante vaccinale.

Candida albicans stimulates in vivo differentiation of haematopoietic stem and progenitor cells towards macrophages by a TLR2-dependent signalling

Toll-like receptors (TLRs) are expressed by haematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs), and may play a role in haematopoiesis in response to pathogens during infection. We have previously demonstrated that (i) inactivated yeasts of Candida albicans induce in vitro differentiation of HSPCs towards the myeloid lineage, and (ii) soluble TLR agonists induce in vivo their differentiation towards macrophages. In this work, using an in vivo model of HSPCs transplantation, we report for the first time that HSPCs sense C. albicans in vivo and subsequently are directed to produce macrophages by a TLR2-dependent signalling. Purified lineage-negative cells (Lin−) from bone marrow of C57BL/6 mice (CD45.2 alloantigen) were transplanted into B6Ly5.1 mice (CD45.1 alloantigen), which were then injected with viable or inactivated C. albicans yeasts. Transplanted cells were detected in the spleen and in the bone marrow of recipient mice, and they differentiate preferentially to macrophages, both in response to infection or in response to inactivated yeasts. The generation of macrophages was dependent on TLR2 but independent of TLR4, as transplanted Lin− cells from TLR2−/− mice did not give rise to macrophages, whereas Lin− cells from TLR4−/− mice generated macrophages similarly to control cells. Interestingly, the absence of TLR2, or in a minor extent TLR4, gives Lin− cells an advantage in transplantation assays, as increases the percentage of transplanted recovered cells. Our results indicatethat TLR-mediated recognition of C. albicans by HSPCs may help replace and/or increase cells that constitute the first line of defence against the fungus, and suggest that TLR-mediated signalling may lead to reprogramming early progenitors to rapidly replenishing the innate immune system and generate the most necessary mature cells to deal with the pathogen.