Immune responses to Helicobacter pylori infection.

Helicobacter pylori (H. pylori) infection is one of the most common infections in human beings worldwide. H. pylori express lipopolysaccharides and flagellin that do not activate efficiently Toll-like receptors and express dedicated effectors, such as γ-glutamyl transpeptidase, vacuolating cytotoxin (vacA), arginase, that actively induce tolerogenic signals. In this perspective, H. pylori can be considered as a commensal bacteria belonging to the stomach microbiota. However, when present in the stomach, H. pylori reduce the overall diversity of the gastric microbiota and promote gastric inflammation by inducing Nod1-dependent pro-inflammatory program and by activating neutrophils through the production of a neutrophil activating protein. The maintenance of a chronic inflammation in the gastric mucosa and the direct action of virulence factors (vacA and cytotoxin-associated gene A) confer pro-carcinogenic activities to H. pylori. Hence, H. pylori cannot be considered as symbiotic bacteria but rather as part of the pathobiont. The development of a H. pylori vaccine will bring health benefits for individuals infected with antibiotic resistant H. pylori strains and population of underdeveloped countries.

Allele-specific silencing of mutant huntingtin in rodent brain and human stem cells.

Huntington's disease (HD) is an autosomal dominant neurodegenerative disorder resulting from polyglutamine expansion in the huntingtin (HTT) protein and for which there is no cure. Although suppression of both wild type and mutant HTT expression by RNA interference is a promising therapeutic strategy, a selective silencing of mutant HTT represents the safest approach preserving WT HTT expression and functions. We developed small hairpin RNAs (shRNAs) targeting single nucleotide polymorphisms (SNP) present in the HTT gene to selectively target the disease HTT isoform. Most of these shRNAs silenced, efficiently and selectively, mutant HTT in vitro. Lentiviral-mediated infection with the shRNAs led to selective degradation of mutant HTT mRNA and prevented the apparition of neuropathology in HD rat's striatum expressing mutant HTT containing the various SNPs. In transgenic BACHD mice, the mutant HTT allele was also silenced by this approach, further demonstrating the potential for allele-specific silencing. Finally, the allele-specific silencing of mutant HTT in human embryonic stem cells was accompanied by functional recovery of the vesicular transport of BDNF along microtubules. These findings provide evidence of the therapeutic potential of allele-specific RNA interference for HD.

Clinical follow-up of women infected with human papillomavirus-16, either alone or with other human papillomavirus types : identification of different risk groups

Rapport de synthèse Objectifs : Évaluer l'impact clinique de femmes infectées par de multiples papillomavirus human (HPV) à haut risque dont le HPV 16 en comparaison de l'évolution de femmes infectées par du HPV 16 seul. Méthode : 169 femmes ont été classifiées en trois groupes, dépendant de leur profile HPV: HPV-16 seul, HPV-16 et un HPV de type bas risque, HPV-16 et un autre HPV à haut risque. Le HPV-DNA des frottis cervicaux a été analysé par polymerase chain reaction (PCR) et reverse line blot hybridization (RLBH). Toutes les femmes ont été suivies à la consultation de colposcopie pour une durée de 24 mois ou plus. La prise en charge s'est faite selon les recommandations de Bethesda. Résultats : Les femmes infectées par du HPV 16 et un autre HPV à haut risque n'ont présenté aucun changement voire une progression de leur dysplasie en comparaison des femmes des autres groupes (RR: 1.39; 95%CI: 1.07 à 1.82; p value: 0.02 à 6 mois; RR: 2.10; 95%CI: 1.46 à 3.02; p value: <0.001 à 12 mois; RR: 1.82; 95%CI: 1.21 à 2.72; p value: 0.004 à 24 mois). Conclusions : Les femmes présentant une co-infection par du HPV 16 ainsi qu'un autre HPV de haut risque voient leur risque d'évolution défavorable augmenter.

Human papilloma virus type and recurrence rate after surgical clearance of anal condylomata acuminata

Résumé : Le condylome acuminé anal (CAA), transmis par contact sexuel, résulte d'une infection par Human Papilloma Virus (HPV). Son traitement chirurgical est grevé d'un taux de récidive de 4-29%. Le but de cette étude était d'identifier une éventuelle corrélation entre type d'HPV présent dans les CAA excisés chirurgicalement et taux de récidive de la maladie, Cette étude rétrospective porte sur 140 patients opérés au Centre Hospitalier Universitaire Vaudois de CAA, entre 1990 et 2005. Le diagnostic lésionnel a été confirmé par un examen histomorphologique. Le(s) type(s) d'HPV présent(s) dans ces lésions a été déterminé par Polymerase Chain Reaction (PCR). Les patients ont donné leur accord à cette analyse et complété un questionnaire. Une éventuelle corrélation entre récidive de CAA, type d'HPV et status HIV a été recherchée. HPV 6 et 11 sont les virus les plus fréquemment découverts (51% et 28%, respectivement) chez les 140 patients (123H/17F). Trente-cinq (25%) d'entre eux ont présenté une récidive. HPV 11 était present chez 19 (41%) sujets. Ceci est statistiquement significatif (P<0.05), en comparaison aux autres HPVs. Il n'y a par contre pas de différence significative entre la fréquence de récidive des 33 (24%) patients HIV-positifs et le reste du collectif. HPV 11 est donc associé à un taux de récidive de CAA significativement élevé. Un suivi strict des patients atteints est nécessaire pour identifier une récidive et la traiter sans délai, notamment lorsque HPV 11 est present. Ces résultats innovateurs soulèvent la question de la nécessité de pratiquer une typisation virale systématique sur les lésions excisées. La justification d'une telle attitude demande toutefois encore d'être confirmée.

Role of DC-SIGN in Lassa virus entry into human dendritic cells.

The arenavirus Lassa virus (LASV) causes a severe hemorrhagic fever with high mortality in humans. Antigen-presenting cells, in particular dendritic cells (DCs), are early and preferred targets of LASV, and their productive infection contributes to the virus-induced immunosuppression observed in fatal disease. Here, we characterized the role of the C-type lectin DC-specific ICAM-3-grabbing nonintegrin (DC-SIGN) in LASV entry into primary human DCs using a chimera of the prototypic arenavirus lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) expressing the LASV glycoprotein (rLCMV-LASVGP). We found that differentiation of human primary monocytes into DCs enhanced virus attachment and entry, concomitant with the upregulation of DC-SIGN. LASV and rLCMV-LASVGP bound to DC-SIGN via mannose sugars located on the N-terminal GP1 subunit of LASVGP. We provide evidence that DC-SIGN serves as an attachment factor for rLCMV-LASVGP in monocyte-derived immature dendritic cells (MDDC) and can accelerate the capture of free virus. However, in contrast to the phlebovirus Uukuniemi virus (UUKV), which uses DC-SIGN as an authentic entry receptor, productive infection with rLCMV-LASVGP was less dependent on DC-SIGN. In contrast to the DC-SIGN-mediated cell entry of UUKV, entry of rLCMV-LASVGP in MDDC was remarkably slow and depended on actin, indicating the use of different endocytotic pathways. In sum, our data reveal that DC-SIGN can facilitate cell entry of LASV in human MDDC but that its role seems distinct from the function as an authentic entry receptor reported for phleboviruses.

Incidence and risk factors for chronic elevation of alanine aminotransferase levels in HIV-infected persons without hepatitis b or c virus co-infection.

BACKGROUND: Chronic liver disease in human immunodeficiency virus (HIV)-infected patients is mostly caused by hepatitis virus co-infection. Other reasons for chronic alanine aminotransferase (ALT) elevation are more difficult to diagnose. METHODS: We studied the incidence of and risk factors for chronic elevation of ALT levels (greater than the upper limit of normal at 2 consecutive semi-annual visits) in participants of the Swiss HIV Cohort Study without hepatitis B virus (HBV) or hepatitis C virus (HCV) infection who were seen during the period 2002-2008. Poisson regression analysis was used. RESULTS: A total of 2365 participants were followed up for 9972 person-years (median age, 38 years; male sex, 66%; median CD4+ cell count, 426/microL; receipt of antiretroviral therapy [ART], 56%). A total of 385 participants (16%) developed chronic elevated ALT levels, with an incidence of 3.9 cases per 100 person-years (95% confidence interval [CI], 3.5-4.3 cases per 100 person-years). In multivariable analysis, chronic elevated ALT levels were associated with HIV RNA level >100,000 copies/mL (incidence rate ratio [IRR], 2.23; 95% CI, 1.45-3.43), increased body mass index (BMI, defined as weight in kilograms divided by the square of height in meters) (BMI of 25-29.9 was associated with an IRR of 1.56 [95% CI, 1.24-1.96]; a BMI 30 was associated with an IRR of 1.70 [95% CI, 1.16-2.51]), severe alcohol use (1.83 [1.19-2.80]), exposure to stavudine (IRR per year exposure, 1.12 [95% CI, 1.07-1.17]) and zidovudine (IRR per years of exposure, 1.04 [95% CI, 1.00-1.08]). Associations with cumulative exposure to combination ART, nucleoside reverse-transcriptase inhibitors, and unboosted protease inhibitors did not remain statistically significant after adjustment for exposure to stavudine. Black ethnicity was inversely correlated (IRR, 0.52 [95% CI, 0.33-0.82]). Treatment outcome and mortality did not differ between groups with and groups without elevated ALT levels. CONCLUSIONS: Among patients without hepatitis virus co-infection, the incidence of chronic elevated ALT levels was 3.9 cases per 100 person-years, which was associated with high HIV RNA levels, increased BMI, severe alcohol use, and prolonged stavudine and zidovudine exposure. Long-term follow-up is needed to assess whether chronic elevation of ALT levels will result in increased morbidity or mortality.

Differential gene expression in the pathogenic dermatophyte Arthroderma benhamiae in vitro versus during infection.

Although dermatophytes are the most common agents of superficial mycoses in humans and animals, the molecular basis of the pathogenicity of these fungi is largely unknown. In vitro digestion of keratin by dermatophytes is associated with the secretion of multiple proteases, which are assumed to be responsible for their particular specialization to colonize and degrade keratinized host structures during infection. To investigate the role of individual secreted proteases in dermatophytosis, a guinea pig infection model was established for the zoophilic dermatophyte Arthroderma benhamiae, which causes highly inflammatory cutaneous infections in humans and rodents. By use of a cDNA microarray covering approximately 20-25 % of the A. benhamiae genome and containing sequences of at least 23 protease genes, we revealed a distinct in vivo protease gene expression profile in the fungal cells, which was surprisingly different from the pattern elicited during in vitro growth on keratin. Instead of the major in vitro -expressed proteases, others were activated specifically during infection. These enzymes are therefore suggested to fulfil important functions that are not exclusively associated with the degradation of keratin. Most notably, the gene encoding the serine protease subtilisin 6, which is a known major allergen in the related dermatophyte Trichophyton rubrum and putatively linked to host inflammation, was found to be the most strongly upregulated gene during infection. In addition, our approach identified other candidate pathogenicity-related factors in A. benhamiae, such as genes encoding key enzymes of the glyoxylate cycle and an opsin-related protein. Our work provides what we believe to be the first broad-scale gene expression profile in human pathogenic dermatophytes during infection, and points to putative virulence-associated mechanisms that make these micro-organisms the most successful aetiological agents of superficial mycoses.

Ambiguous nucleotide calls from population-based sequencing of HIV-1 are a marker for viral diversity and the age of infection.

Background. The time passed since the infection of a human immunodeficiency virus (HIV)-infected individual (the age of infection) is an important but often only poorly known quantity. We assessed whether the fraction of ambiguous nucleotides obtained from bulk sequencing as done for genotypic resistance testing can serve as a proxy of this parameter. Methods. We correlated the age of infection and the fraction of ambiguous nucleotides in partial pol sequences of HIV-1 sampled before initiation of antiretroviral therapy (ART). Three groups of Swiss HIV Cohort Study participants were analyzed, for whom the age of infection was estimated on the basis of Bayesian back calculation (n = 3,307), seroconversion (n = 366), or diagnoses of primary HIV infection (n = 130). In addition, we studied 124 patients for whom longitudinal genotypic resistance testing was performed while they were still ART-naive. Results. We found that the fraction of ambiguous nucleotides increased with the age of infection with a rate of .2% per year within the first 8 years but thereafter with a decreasing rate. We show that this pattern is consistent with population-genetic models for realistic parameters. Finally, we show that, in this highly representative population, a fraction of ambiguous nucleotides of >.5% provides strong evidence against a recent infection event < 1 year prior to sampling (negative predictive value, 98.7%). Conclusions. These findings show that the fraction of ambiguous nucleotides is a useful marker for the age of infection.

High prevalence of anorectal chlamydial infection in HIV-infected men who have sex with men in Switzerland.

Human immunodeficiency virus (HIV)-infected men who have sex with men (MSM) were enrolled in an anorectal Chlamydia trachomatis screening study. Anorectal Chlamydia DNA was detected in 16 (10.9%) of 147 men, mainly among asymptomatic patients and patients having >20 sexual partners. These results support routine anorectal Chlamydia screening in HIV-infected MSM who report unprotected anal intercourse.

Awareness of human immunodeficiency virus screening guidelines is low in emergency departments of western Switzerland.

Background: Human immunodeficiency virus (HIV) prevalence in Switzerland is 0.4% and 30% of HIV patients are diagnosed with CD4 counts <200 cells/microliter. In 2010, the Swiss Federal Office of Public Health (SFOP) published updated guidelines regarding Physician- Initiated Counseling and Testing (PICT) for HIV. In the new guidelines, when acute HIV infection is suspected or HIV is among the differential diagnoses, an HIV test is performed without risk assessment nor prior counseling, unless the patient specifically refuses it. Counseling and verbal consent are still required when the patient asks for an HIV test or belongs to a high risk group. Whist HIV testing in the emergency departments (ED) is recommended, only 1% of patients are currently screened. Lack of awareness among physicians has been cited in the literature as the first barrier to guideline implementation. Objectives: To test if physicians working in EDs of 5 large teaching hospitals in western Switzerland, admitting 175,000 patients / year, were aware of the updated SFOP guidelines. Methods: A survey was delivered to 167 ED physicians in the summer of 2011. The survey consisted of 26 vignettes designed to test whether physicians would request an HIV test according to the new guidelines and if they knew when the PICT strategy was allowed or counseling required. Finally, physicians were asked the number of HIV tests they had requested in the previous 4 weeks, and if they were aware of the new HIV guidelines. Results are presented as mean and standard deviation, median and interquartile range (IQR), or as proportions; Student's t test was used to compare continuous variables; Results: 143 physicians returned the survey (86%); mean age was 32 ± 8 years, and median postgraduate experience of 6 years (IQR 3-12); 52% were male and 17% were attendings. The percentage of correct responses was 60 ± 13% with no difference between attendings and residents (p = 0.31); 2 of the 3 questions with the lowest scores were failure to recognize situations in which HIV testing was indicated, and the third one a failure to recognize acute HIV infection. 82% of physicians were not aware of the new guidelines. The median number of test requests was 1 (IQR 0-2, range 1-10). Conclusion: ED physicians are not aware of current HIV screening guidelines published by the SFOP, and rarely perform HIV tests. An information campaign is required if ED physicians are expected to play a significant role in the reduction of undiagnosed HIV patients.

New developments in laboratory monitoring of HIV-1 infection.

The laboratory tests currently available to the clinician for day-to-day management of HIV infection are generally limited to the measurement of the viral load and of the CD4 cell count. More recently, analysis of drug resistance and of plasma drug levels have been added to the monitoring armamentarium. There are, however, numerous other techniques currently available to researchers that may in the future be incorporated into clinical routine. These include the analysis of human and viral genetic determinants of disease evolution, detailed analyses of immune recovery and reserve, pharmacogenetic determinants of treatment response, and toxicity. These approaches may in the future provide highly individualized disease management.

Treatment modification in human immunodeficiency virus-infected individuals starting combination antiretroviral therapy between 2005 and 2008.

BACKGROUND: Adverse effects of combination antiretroviral therapy (CART) commonly result in treatment modification and poor adherence. METHODS: We investigated predictors of toxicity-related treatment modification during the first year of CART in 1318 antiretroviral-naive human immunodeficiency virus (HIV)-infected individuals from the Swiss HIV Cohort Study who began treatment between January 1, 2005, and June 30, 2008. RESULTS: The total rate of treatment modification was 41.5 (95% confidence interval [CI], 37.6-45.8) per 100 person-years. Of these, switches or discontinuations because of drug toxicity occurred at a rate of 22.4 (95% CI, 19.5-25.6) per 100 person-years. The most frequent toxic effects were gastrointestinal tract intolerance (28.9%), hypersensitivity (18.3%), central nervous system adverse events (17.3%), and hepatic events (11.5%). In the multivariate analysis, combined zidovudine and lamivudine (hazard ratio [HR], 2.71 [95% CI, 1.95-3.83]; P < .001), nevirapine (1.95 [1.01-3.81]; P = .050), comedication for an opportunistic infection (2.24 [1.19-4.21]; P = .01), advanced age (1.21 [1.03-1.40] per 10-year increase; P = .02), female sex (1.68 [1.14-2.48]; P = .009), nonwhite ethnicity (1.71 [1.18-2.47]; P = .005), higher baseline CD4 cell count (1.19 [1.10-1.28] per 100/microL increase; P < .001), and HIV-RNA of more than 5.0 log(10) copies/mL (1.47 [1.10-1.97]; P = .009) were associated with higher rates of treatment modification. Almost 90% of individuals with treatment-limiting toxic effects were switched to a new regimen, and 85% achieved virologic suppression to less than 50 copies/mL at 12 months compared with 87% of those continuing CART (P = .56). CONCLUSIONS: Drug toxicity remains a frequent reason for treatment modification; however, it does not affect treatment success. Close monitoring and management of adverse effects and drug-drug interactions are crucial for the durability of CART.

Profiling of signal transduction in human memory T cells

Résumé pour un large public: La vaccination a eu un impact énorme sur la santé mondiale. Mais, quel est le principe d'un vaccin? Il est basé sur la 'mémoire immunologique', qui est une particularité exclusive des systèmes immunitaires des organismes évolués. Suite à une infection par un pathogène, des cellules spécialisées de notre système immunitaire (les lymphocytes) le reconnaissent et initient une réaction immunitaire qui a pour but son élimination. Pendant cette réaction se développent aussi des cellules, appelées cellules lymphocytaires mémoire, qui persistent pour longue durée et qui ont la capacité de stimuler une réaction immunitaire très efficace immédiatement après une seconde exposition à ce même pathogène. Ce sont ces cellules mémoires (lymphocytes B et T) qui sont à la base de la 'mémoire immunologique' et qui sont stimulées lors de la vaccination. Chez l'homme, deux populations distinctes des lymphocytes T mémoires ont été identifiées: les cellules centrales (CM) et effectrices (EM) mémoires. Ces populations sont fonctionnellement hétérogènes et exercent des rôles distincts et essentiels dans l'immunité protectrice. Typiquement, les cellules effectrices mémoires sont capables de tuer immédiatement le pathogène tandis que les cellules centrales mémoires sont responsables d'initier une réponse immunitaire complète. Pourtant, les mécanismes biochimiques qui contrôlent les fonctions de ces cellules ont été jusqu'à présent peu étudiés à cause de la faible fréquence de ces cellules et de la quantité limitée de tissus humains disponibles pour les analyses. La compréhension de ces mécanismes est cruciale pour la réalisation de vaccins efficaces et pour le développement de nouveaux médicaments capables de moduler la réponse immunitaire lymphocytaire. Dans cette thèse, nous avons d'abord développé et amélioré une technologie appelée 'protéine array en phase inverse' qui possède un niveau de sensibilité beaucoup plus élevé par rapport aux technologies classiquement utilisées dans l'étude des protéines. Grâce à cette technique, nous avons pu comparer la composition protéique du système de transmission des signaux d'activation des cellules CM et EM humaines. L'analyse de 8 à 13 sujets sains a montré que ces populations des cellules mémoires possèdent un système de signalisation protéique différent. En effet, les cellules EM possèdent, par rapport aux cellules CM, des niveaux réduits d'une protéine régulatrice (appelée c-Cbl) que nous avons démontré comme étant responsable des fonctions spécifiques de ces cellules. En effet, en augmentant artificiellement l'expression de cette protéine régulatrice dans les cellules EM jusqu'au niveau de celui des cellules CM, nous avons induit dans les cellules EM des capacités fonctionnelles caractéristiques des cellules CM. En conclusion, notre étude a identifié, pour la première fois chez l'homme, un mécanisme biochimique qui contrôle les fonctions des populations des cellules mémoires. Résumé en Français: Les cellules mémoires persistent inertes dans l'organisme et produisent des réactions immunitaires rapides et robustes contre les pathogènes précédemment rencontrés. Deux populations distinctes des cellules mémoires ont été identifiées chez l'homme: les cellules centrales (CM) et effectrices (EM) mémoires. Ces populations sont fonctionnellement hétérogènes et exercent des rôles distincts et critiques dans l'immunité protectrice. Les mécanismes biochimiques qui contrôlent leurs fonctions ont été jusqu'à présent peu étudiés, bien que leur compréhension soit cruciale pour le développement des vaccins et des nouveaux traitements/médicaments. Les limites majeures à ces études sont la faible fréquence de ces populations et la quantité limitée de tissus humains disponibles. Dans cette thèse nous avons d'abord développé et amélioré la technologie de 'protéine array en phase inverse' afin d'analyser les molécules de signalisation des cellules mémoires CD4 et CD8 humaines isolées ex vivo. L'excellente sensibilité, la reproductibilité et la linéarité de la détection, ont permis de quantifier des variations d'expression protéiques supérieures à 20% dans un lysat équivalent à 20 cellules. Ensuite, grâce à l'analyse de 8 à 13 sujets sains, nous avons prouvé que les cellules mémoires CD8 ont une composition homogène de leur système de signalisation tandis que les cellules CD4 EM expriment significativement de plus grandes quantités de SLP-76 et des niveaux réduits de c-Cbl, Syk, Fyn et LAT par rapport aux cellules CM. En outre, l'expression réduite du régulateur négatif c-Cbl est corrélée avec l'expression des SLP-76, PI3K et LAT uniquement dans les cellules EM. L'évaluation des propriétés fonctionnelles des cellules mémoires a permis de démontrer que l'expression réduite du c-Cbl dans les cellules EM est associé à une diminution de leur seuil d'activation. En effet, grâce a la technique de transduction cytosolique, nous avons augmenté la quantité de c-Cbl des cellules EM à un niveau comparable à celui des cellules CM et constaté une réduction de la capacité des cellules EM à proliférer et sécréter des cytokines. Ce mécanisme de régulation dépend principalement de l'activité d'ubiquitine ligase de c-Cbl comme démontré par l'impact réduit du mutant enzymatiquement déficient de c-Cbl sur les fonctions de cellules EM. En conclusion, cette thèse identifie c-Cbl comme un régulateur critique des réponses fonctionnelles des populations de cellules T mémoires et fournit, pour la première fois chez l'homme, un mécanisme contrôlant l'hétérogénéité fonctionnelle des ces cellules. De plus, elle valide l'utilisation combinée des 'RPP arrays' et de la transduction cytosolique comme outil puissant d'analyse quantitative et fonctionnel des protéines de signalisation. Summary : Memory cells persist in a quiescent state in the body and mediate rapid and vigorous immune responses toward pathogens previously encountered. Two subsets of memory cells, namely central (CM) and effector (EM) memory cells, have been identified in humans. These subsets display high functional heterogeneity and assert critical and distinct roles in the control of protective immunity. The biochemical mechanisms controlling their functional properties remain so far poorly investigated, although their clarification is crucial for design of effective T-cell vaccine and drug development. Major limitations to these studies lie in the low frequency of memory T cell subsets and the limited amount of human specimen available. In this thesis we first implemented the innovative reverse phase protein array approach to profile 15 signalling components in human CD8 and CD4 memory T cells isolated ex vivo. The high degree of sensitivity, reproducibility and linearity achieved, allowed an excellent quantification of variations in protein expression higher than 20% in as few as 20-cell equivalent per spot. Based on the analysis of 8 to 13 healthy subjects, we showed that CD8 memory cells have a homogeneous composition of their signaling machinery while CD4 EM cells express statistically significant increased amounts of SLP-76 and reduced levels of c- Cbl, Syk, Fyn and LAT as compared to CM cells. Moreover, in EM but not CM cells, reduced expression of negative regulator c-Cbl correlated with the expression of SLP-76, PI3K and LAT. Subsequently, we demonstrated that the higher functional properties and the lower functional threshold of EM cells is associated with reduced expression of c-Cbl. Indeed, by increasing c-Cbl content of EM cells to the same level of CM cells using cytosolic transduction, we impaired their proliferation and cytokine production. This regulatory mechanism was primarily dependent on c-Cbl E3 ubiquitin ligase activity as evidenced by the weaker impact of enzymatically deficient c-Cbl C381A mutant on EM cell functions. Together, these results identify c-Cbl as a critical regulator of the functional responses of memory T cell subsets and provides, for the first time in humans, a mechanism controlling the functional heterogeneity of memory CD4 cells. Moreover it validates the combined use of RPP arrays and cytosolic transduction approaches as a powerful tool to quantitatively analyze signalling proteins and functionally assess their roles.

Functions of the human papillomavirus type 16 E4 protein

1. Abstract Cervical cancer is thought to be the consequence of infection by human papillomaviruses (HPV). In the majority of cases, DNA from HPV type 16 (HPV16) is found in malignant cervical lesions. The initial steps leading to transformation of an infected cell are not clearly understood but in most cases, disruption and integration of the episomal viral DNA must take place. As a consequence, the E2 and E4 genes are usually not expressed whereas the E6 and E7 oncogenes are highly expressed. However, in a normal infection in which the viral DNA is maintained as an episome, all viral genes are expressed. The pattern according to which the viral proteins are made, and therefore the life cycle of the virus, is tightly linked to the differentiation process of the host keratinocyte. The study of the viral oncogenes E6 and E7 has revealed crucial functions in the process of malignant transformation such as degradation of the p53 tumor suppressor protein, deregulation of the Retinoblastoma protein pathway and activation of the telomerase ribonucleoprotein. All these steps are necessary for cancerous lesions to develop. However, the loss of the E2 gene product seems to be necessary for sufficient expression of E6 and E7 in order to achieve such effects. In normal infections, the E4 protein is made abundantly in the later stages of the viral life cycle. Though extensive amounts of work have been carried out to define the function of E4, it still remains unclear. In this study, several approaches have been used to try and determine the functions of E4. First, a cell-penetrating fusion protein was designed and produced in order to circumvent the chronic difficulties of expressing E4 in mammalian cells. Unfortunately, this approach was not successful due to precipitation of the purified fusion protein. Second, the observation that E4 accumulates in cells having modified their adhesion properties led to the hypothesis that E4 might be involved in the differentiation process of keratinocytes. Preliminary results suggest that E4 triggers differentiation. Last, as E4 has been reported to collapse the cytokeratin network of keratinocytes, a direct approach using atomic force microscopy has allowed us to test the potential modification of mechanical properties of cells harboring reorganized cytokeratin networks. If so, a potential role for E4 in viral particle release could be hypothesized. 2. Résumé Il a été établi que le cancer du col de l'utérus se développe essentiellement à la suite d'une infection par le virus du papillome humain (HPV). Dans la majorité des cas analysés, de l'ADN du HPV de type 16 (HPV16) est détecté. Les étapes initiales de la transformation d'une cellule infectée sont mal connues mais il semble qu'une rupture du génome viral, normalement épisomal, suivi d'une intégration dans le génome de la cellule hôte soient des étapes nécessaires dans la plupart des cas. Or il semble qu'il y ait une sélection pour les cas où l'expression des oncogènes viraux E6 et E7 soit favorisée alors que l'expression des gènes E2 et E4 est en général impossible. Par contre, dans une infection dite normale où le génome viral n'est pas rompu, il n'y pas développement de cancer et tous les gènes viraux sont exprimés. L'ordre dans lequel les protéines virales sont produites, et donc le cycle de réplication du virus, est intimement lié au processus de différentiation de la cellule hôte. L'étude des protéines oncogènes E6 et E7 a révélé des fonctions clés dans le processus de transformation des cellules infectées telles que la dégradation du suppresseur de tumeur p53, la dérégulation de la voie de signalisation Rb ainsi que l'activation de la télomérase. Toutes ces activités sont nécessaires au développement de lésions cancéreuses. Toutefois, il semble que l'expression du gène E2 doit être empêchée afin que suffisamment des protéines E6 et E7 soient produites. Lorsque le gène E2 est exprimé, et donc lorsque le génome viral n'est pas rompu, les protéines E6 et E7 n'entraînent pas de telles conséquences. Le gène E4, qui se trouve dans la séquence codante de E2, a aussi besoin d'un génome viral intact pour être exprimé. Dans une infection normale, le gène E4 est exprimé abondamment dans les dernières étapes de la réplication du virus. Bien que de nombreuses études aient été menées afin de déterminer la fonction virale à E4, aucun résultat n'apparaît évident. Dans ce travail, plusieurs approches ont été utilisées afin d'adresser cette question. Premièrement, une protéine de fusion TAT-E4 a été produite et purifiée. Cette protéine, pouvant entrer dans les cellules vivantes par diffusion au travers de la membrane plasmique, aurait permis d'éviter ainsi les problèmes chroniques rencontrés lors de l'expression de E4 dans les cellules mammifères. Malheureusement, cette stratégie n'a pas pu être utilisée à cause de la précipitation de la protéine purifiée. Ensuite, l'observation que E4 s'accumule dans les cellules ayant modifié leurs propriétés d'adhésion a suggéré que E4 pourrait être impliqué dans le procédé de différentiation des kératinocytes. Des résultats préliminaires supportent cette possibilité. Enfin, il a été montré que E4 pouvait induire une réorganisation du réseau des cytokératines. Une approche directe utilisant le microscope à force atomique nous a ainsi permis de tester une potentielle modification des propriétés mécaniques de cellules ayant modifié leur réseau de cytokératines en présence de E4. Si tel est le cas, un rôle dans la libération de particules virales peut être proposé pour E4.

Immunology of viral disease, how to curb persistent infection

1. 1. Summaries 1.1. Preamble and extended abstract The present thesis dissertation addresses the question of antiviral immunity from the particular standpoint of the adaptive T cell-mediated immune response. The experimental work is presented in the form of three published articles (two experimental articles and one review article, see sections 4.1, 4.2 and 4.3 on pages 73, 81 and 91, respectively), describing advances both in our understanding of viral control by CD8 T lymphocytes, and in vaccine development against the Human Immunodeficiency Virus Type 1 (HIV-1). Because the articles focus on rather specialized areas of antiviral immunity, the article sections are preceded by a general introduction (section 3) on the immune system in general, and on four viruses that were addressed in the experimental work, namely HIV-1, Cytomegalovirus (CMV), Epstein Barr Virus (EBV) and Influenzavirus (Flu). This introduction section is aimed at providing a glimpse on viral molecular biology and immunity, to help the hypothetical non-expert reader proceeding into the experimental part. For this reason, each section is presented as individual entity and can be consulted separately. The four viruses described are of peculiar relevance to immunity because they induce an array of opposite host responses. Flu causes a self limiting disease after which the virus is eradicated. CMV and EBV cause pauci-symptomatic or asymptomatic diseases after which the viruses establish lifelong latency in the host cells, but are kept in check by immunity. Eventually, HIV-1 establishes both latency - by inserting its genome into the host cell chromosome - and proceeds in destroying the immune system in a poorly controlled fashion. Hence, understanding the fundamental differences between these kinds of viral host interactions might help develop new strategies to curb progressive diseases caused by viruses such as HIV-1. Publication #1: The first article (section 4.1, page 73) represents the main frame of my laboratory work. It analyses the ability of CD8 T lymphocytes recovered from viral-infected patients to secrete interferon γ (IFN-γ) alone or in conjunction with interleukin 2 (IL-2) when exposed in vitro to their cognate viral antigens. CD8 T cells are instrumental in controlling viral infection. They can identify infected cells by detecting viral antigens presented at the surface of the infected cells, and eliminate both the cell and its infecting virus by triggering apoptosis and/or lysis of the infected cell. Recognition of these antigens triggers the cognate CD8 cells to produce cytokines, including IFN-γ and IL-2, which in turn attract and activate other pro-inflammatory cells. IFN-γ triggers both intrinsic antiviral activity of the infected cells and distant activation of pro-inflammatory cells, which are important for the eradication of infection. IL-2 is essential for clonal expansion of the antigen (Ag)-specific CD8 T cell. Hence the existence of Ag-specific CD8 cells secreting both IFN-γand IL-2 should be beneficial for controlling infection. In this first work we determined the percentage of IFN-y/IL-2 double positive and single IFN-γsecreting CD8 T cells against antigens HIV-1, CMV, EBV and Flu in three groups of subjects: (i) HIV-1 infected patients progressing to disease (progressors), (ii) HIV-1-infected subjects not progressing to disease (long-term non progressors or LTNP), and (iii) HIV negative blood donors. The results disclosed a specific IFN-y/IL-2 double positive CD8 response in all subjects able to control infection. In other words, IFN-y/IL-2 double positive CD8 cells were present in virus-specific CD8 T cells against Flu, CMV and EBV as well against HIV-1 in LTNP. In contrast, progressors only had single IFN-γsecreting CD8 T cells. Hence, the ability to develop an IFN-y/IL-2 double positive response might be critical to control infection, independently of the nature of the virus. Additional experiments helped identify the developmental stage of the missing cells (using different markers such as CD45RA and CCR7) and showed a correlation between the absence of IL-2 secreting CD8 T cells and a failure in the proliferation capacity of virus-specific CD8 T cells. Addition of exogenous IL-2 could restore clonal expansion of HIV-1 specific CD8 T cells, at least in vitro. It could further been shown, that IL-2 secreting CD8 T cells are sufficient to support proliferation even in absence of CD4 help. However, the reason for the missing IFN-y/IL-2 double positive CD8 T cell response in HIV-1 progessors has yet to be determined. Publication #2: The second article (section 4.2, page 81) explores new strategies to trigger CD8 T cell immunity against specific HIV-1 proteins believed to be processed and exposed as "infection signal" at the surface of infected cells. Such signals consist of peptide fragments (8- 13 amino acids) originating from viral proteins and presented to CD8 T cells in the frame of particular cell surface molecules of the major histocompatibility complex class I* (MHC I). To mimic "natural" viral infection, the HIV-1 polyprotein Gagpolnef was inserted and expressed in either of two attenuated viruses i.e. vaccinia virus (MVA) or poxvirus (NYVAC). Mice were infected with these recombinant viruses and specific CD8 T cell response to Gagpolnef peptides was sought. Mice could indeed mount a CD8 T cell response against the HIV-1 antigens, indicating that the system worked, at least in this animal model. To further test whether peptides from Gagpolnef could also be presented in the frame of the human MHC class I proteins, a second round of experiments was performed in "humanized" transgenic mice expressing human MHC molecules. The transgenic mice were also able to load Gagpolnef peptides on their human MHC molecule, and these cells could be detected and destroyed by Ag-specific CD8 T cells isolated from HIV-1-infected patients. Therefore, expressing Gagpolnef on attenuated recombinant viruses might represent a valid strategy for anti-HIV-1 immunization in human. Publication #3: This is a review paper (section 4.3, page 91) describing the immune response to CMV and newly developed methods to detect this cellular immune response. Some of it focuses on the detection of T cells by using in vitro manufactured tetramers. These consist of four MHC class I molecules linked together and loaded with the appropriate antigenic peptide. The tetramer can be labeled with a fluorochrome and analyzed with a fluorescence-activated cell sorter. Taken together, the work presented indicates that (i) an appropriate CD8 T cell response consisting of IFN-y/IL-2 double positive effectors, can potentially control viral infection, including HIV-1 infection, (ii) such a response might be triggered by recombinant viral vaccines, and (iii) CD8 T cell response can be monitored by a variety of techniques, including recently-developed MHC class I tetramers. 1. 2. Préambule et résumé élargi Le présent travail de thèse s'intéresse à l'immunité antivirale du point de vue particulier de la réponse adaptative des cellules T. Le travail expérimental est présenté sous la forme de trois articles publiés (2 articles expérimentaux et 1 article de revue, voir sections 4.1, 4.2 et 4.3, pages 58, 66 et 77, respectivement), décrivant des progrès dans la compréhension du contrôle de l'infection virale par les lymphocytes T CD8, ainsi que dans le développement de nouveaux vaccins contre le Virus d'Immunodéficience de Humaine de type 1 (VIH-1). En raison du caractère spécialisé de l'immunité antivirale de type cellulaire, les articles sont précédés par une introduction générale (section 3), dont le but est de pourvoir le lecteur non avisé avec des bases nécessaire à une meilleure appréhension du travail expérimental. Cette introduction présente les grandes lignes du système immunitaire, et décrit de façon générale les 4 virus utilisés dans le travail expérimental: à savoir le virus VIH-1, le Cytomégalovirus (CMV), le virus Epstein Barr (EBV) et le virus Influenza A (Flu). Toutes les sections sont présentées de façon individuelle et peuvent être consultées séparément. La description des 4 virus a une pertinence particulière quant à leur interaction avec le système immun. En effet, ils induisent une panoplie de réponses immunitaires s'étendant aux extrêmes de la réaction de l'hôte. Influenza A est à l'origine d'une maladie cytopathique aiguë, au décours de laquelle le virus est éradiqué par l'hôte. CMV et EBV sont classiquement à l'origine d'infections pauci-symptomatiques, voire asymptomatiques, après lesquelles les virus persistent de façon latente dans la cellule hôte. Cependant, ils restent sous le contrôle du système immun, qui peut prévenir une éventuelle réactivation. Enfin, VIH-1 s'établit à la fois en infection latente - par l'insertion de son génome dans le chromosome des cellules hôtes - et en infection productive et cytopathique, échappant au contrôle immunitaire et détruisant ses cellules cibles. La compréhension des différences fondamentales entre ces différents types d'interactions virus-hôte devraient faciliter le développement de nouvelles stratégies antivirales. Article 1: Le premier article (section 4.1 Page 58) représente l'objet principal de mon travail de laboratoire. Il analyse la capacité des lymphocytes T CD8 spécifiques de différent virus à sécréter de l'interféron gamma (IFN-y) et/ou de l'interleukine 2 (IL-2) après stimulation par leur antigène spécifique. Les cellules T CD8 jouent un rôle crucial dans le contrôle des infections virales. Elles identifient les cellules infectées en détectant des antigènes viraux présentés à la surface de ces mêmes cellules, et éliminent à la fois les cellules infectées et les virus qu'elles contiennent en induisant l'apoptose et/ou la lyse des cellules cibles. Parallèlement, l'identification de l'antigène par la cellule T CD8 la stimule à sécréter des cytokines. L'IFN-γen est un exemple. L'IFN-γ stimule les cellules infectées à développer une activé antivirale intrinsèque. De plus, il attire sur place d'autres cellules de l'inflammation, et active leur fonction d'éradication des pathogènes. L'IL-2 est un autre exemple. L'IL-2 est essentielle à l'expansion clonale des cellules T CD8 spécifiques à un virus donné. Elle est donc essentielle à augmenter le pool de lymphocytes antiviraux. En conséquence, la double capacité de sécréter de l'IFN-γ et de IL-2 pourrait être un avantage pour le contrôle antiviral par les cellules T CD8. Dans ce travail nous avons comparé les proportions de lymphocytes T CD8 doubles positifs (IFN-γ/IL-2) et simples positifs (IFN-γ) chez trois groupes de sujets: (i) des patients infectés par VIH-1 qui ne contrôlent pas l'infection (progresseurs), (ii) des patients infectés par VIH-1, mais contrôlant l'infection malgré l'absence de traitement ("long term non progressors" [LTNP]) et (iii) des donneurs de sang négatifs pour l'infection à VIH-1. Les résultats ont montré que les individus capables de contrôler une infection possédaient des cellules T CD8 doubles positifs (IFN-γ/IL-2), alors que les patients ne contrôlant pas l'infection procédaient prioritairement des CD8 simples positifs (IFN-γ). Spécifiquement, les lymphocytes T spécifiques pour Flu, CMV, EBV, et VII-1-1 chez les LTNP étaient tous IFN-γ/IL-2 doubles positifs. Au contraire, les lymphocytes T CD8 spécifique à VIH-1 étaient IFN-γ simples positifs chez les progresseurs. La capacité de développer une réponse IFN-γ/IL-2 pourraient être primordiale pour le contrôle de l'infection, indépendamment de la nature du virus. En effet, il a été montré que l'absence de sécrétion d'IL2 par les lymphocytes T CD8 corrélait avec leur incapacité de proliférer. Dans nos mains, cette prolifération a pu être restaurée in vitro par l'adjonction exogène d'IL-2. Toutefois, la faisabilité de ce type de complémentation in vivo n'est pas claire. Des expériences additionnelles ont permis de préciser de stade de développement des lymphocytes doubles positifs et simples positifs par le biais des marqueurs CD45RA et CCR7. Il reste maintenant à comprendre pourquoi certains lymphocytes T CD8 spécifiques sont incapables à sécréter de l'IL-2. Article 2: Le deuxième article explore des nouvelles stratégies pour induire une immunité T CD8 spécifique aux protéines du VIH-1, qui sont édités et exposés à la surface des cellules infectées. Ces signaux consistent en fragments de peptide de 8-13 acide aminés provenant de protéines virales, et exposées à la surface des cellules infectées dans le cadre des molécules spécialisées d'histocompatibilité de classe I (en anglais "major histocompatibility class I" ou MHC I). Pour mimer une infection virale, la polyprotéine Gagpolnef du VIH-1 a été insérée et exprimée dans deux vecteurs viraux atténués, soit MVA (provenant de vaccinia virus) ou NYVAC (provenant d'un poxvirus). Ensuite des souris ont été infectées avec ces virus recombinants et la réponse T CD8 aux peptides issus de Gagpolnef a été étudiée. Les souris ont été capables de développer une réponse de type CD8 T contre ces antigènes du VIH-1. Pour tester si ces antigènes pouvaient aussi être présentés par dans le cadre de molécules MHC humaines, des expériences supplémentaires ont été faites avec des souris exprimant un MHC humain. Les résultats de ces manipulations ont montré que des cellules T CD8 spécifique aux protéines du VIH pouvaient être détectées. Ce travail ouvre de nouvelles options quant à l'utilisation des virus recombinants exprimant Gagpolnef comme stratégie vaccinale contre le virus VIH-I chez l'homme. Article 3: Ces revues décrivent la réponse immunitaire à CMV ainsi que des nouvelles méthodes pouvant servir à sa détection. Une partie du manuscrit décrit la détection de cellule T à l'aide de tétramères. Il s'agit de protéines chimériques composées de 4 quatre molécules MHC liées entre elles. Elles sont ensuite "chargées" avec le peptide antigénique approprié, et utilisée pour détecter les cellules T CD8 spécifiques à ce montage. Elles sont aussi marquées par un fluorochrome, qui permet une analyse avec un cytomètre de flux, et l'isolement ultime des CD8 d'intérêt. En résumé, le travail présenté dans cette thèse indique que (i) une réponse T CD8 appropriée - définie par la présence des cellules effectrices doublement positives pour l'IFN-γ et l'IL-2 - semble indispensable pour le contrôle des infections virales, y compris par le VIH-1, (ii) une telle réponse peut être induite par des vaccin viral recombinant, et (iii) la réponse T CD8 peut être analysée et suivie grâce à plusieurs techniques, incluant celle des tétramères de MHC class I. 1.3. Résumé pour un large public Le système immunitaire humain est composé de différents éléments (cellules, tissus et organes) qui participent aux défenses de l'organisme contre les pathogènes (bactéries, virus). Parmi ces cellules, les lymphocytes T CD8, également appelés cellules tueuses, jouent un rôle important dans la réponse immunitaire et le contrôle des infections virales. Les cellules T CD8 reconnaissent de manière spécifique des fragments de protéines virales qui sont exposés à la surface des cellules infectées par le virus. Suite à cette reconnaissance, les cellules T CD8 sont capables de détruire et d'éliminer ces cellules infectées, ainsi que les virus qu'elles contiennent. Dans le contexte d'une infection par le virus de l'immunodéficience humaine (VIH), le virus responsable du SIDA, il a pu être montré que la présence des cellules T CD8 est primordiale. En effet, en l'absence de ces cellules, les individus infectés par le VIH progressent plus rapidement vers le SIDA. Au cours de la vie, l'Homme est exposé à plusieurs virus. Mais à l'opposé du VIH, certains d'entre eux ne causent pas des maladies graves : par exemple le virus de la grippe (Influenza), le cytomégalovirus ou encore le virus d'Epstein-Barr. Certains de ces virus peuvent être contrôlés et éliminés de l'organisme (p. ex. le virus de la grippe), alors que d'autres ne sont que contrôlés par notre système immunitaire et restent présents en petite quantité dans le corps sans avoir d'effet sur notre santé. Le sujet de mon travail de thèse porte sur la compréhension du mécanisme de contrôle des infections virales par le système immunitaire : pourquoi certains virus peuvent être contrôlés ou même éliminés de l'organisme alors que d'autres, et notamment le VIH, ne le sont pas. Ce travail a permis de démontrer que les cellules T CD8 spécifiques du VIH ne sécrètent pas les mêmes substances, nécessaires au développement d'une réponse antivirale efficace, que les cellules T CD8 spécifiques des virus contrôlés (le virus de la grippe, le cytomégalovirus et le virus d'Epstein-Barr). Parallèlement nous avons également observé que les lymphocytes T CD8 spécifiques du VIH ne possèdent pas la capacité de se diviser. Ils sont ainsi incapables d'être présents en quantité suffisante pour assurer un combat efficace contre le virus du SIDA. La (les) différence(s) entre les cellules T CD8 spécifiques aux virus contrôlés (grippe, cytomégalovirus et Epstein-Barr) et au VIH pourront peut-être nous amener à comprendre comment restaurer une immunité efficace contre ce dernier.