Evaluation of Toll-like, chemokine, and integrin receptors on monocytes and neutrophils from peripheral blood of septic patients and their correlation with clinical outcomes

Recognition of pathogens is performed by specific receptors in cells of the innate immune system, which may undergo modulation during the continuum of clinical manifestations of sepsis. Monocytes and neutrophils play a key role in host defense by sensing and destroying microorganisms. This study aimed to evaluate the expression of CD14 receptors on monocytes; CD66b and CXCR2 receptors on neutrophils; and TLR2, TLR4, TLR5, TLR9, and CD11b receptors on both cell types of septic patients. Seventy-seven septic patients (SP) and 40 healthy volunteers (HV) were included in the study, and blood samples were collected on day zero (D0) and after 7 days of therapy (D7). Evaluation of the cellular receptors was carried out by flow cytometry. Expression of CD14 on monocytes and of CD11b and CXCR2 on neutrophils from SP was lower than that from HV. Conversely, expression of TLR5 on monocytes and neutrophils was higher in SP compared with HV. Expression of TLR2 on the surface of neutrophils and that of TLR5 on monocytes and neutrophils of SP was lower at D7 than at D0. In addition, SP who survived showed reduced expression of TLR2 and TLR4 on the surface of neutrophils at D7 compared to D0. Expression of CXCR2 for surviving patients was higher at follow-up compared to baseline. We conclude that expression of recognition and cell signaling receptors is differentially regulated between SP and HV depending on the receptor being evaluated.

Sequence analysis of the 5′ third of glycoprotein C gene of South American bovine herpesviruses 1 and 5

Bovine herpesviruses 1 (BoHV-1) and 5 (BoHV-5) share high genetic and antigenic similarities, but exhibit marked differences in tissue tropism and neurovirulence. The amino-terminal region of glycoprotein C (gC), which is markedly different in each of the viruses, is involved in virus binding to cellular receptors and in interactions with the immune system. This study investigated the genetic and antigenic differences of the 5′ region of the gC (5′ gC) gene (amino-terminal) of South American BoHV-1 (n=19) and BoHV-5 (n=25) isolates. Sequence alignments of 374 nucleotides (104 amino acids) revealed mean similarity levels of 97.3 and 94.2% among BoHV-1 gC (gC1), respectively, 96.8 and 95.6% among BoHV-5 gC (gC5), and 62 and 53.3% between gC1 and gC5. Differences included the absence of 40 amino acid residues (27 encompassing predicted linear epitopes) scattered throughout 5′ gC1 compared to 5′ gC5. Virus neutralizing assays testing BoHV-1 and BoHV-5 antisera against each isolate revealed a high degree of cross-neutralization between the viruses, yet some isolates were neutralized at very low titers by heterologous sera, and a few BoHV-5 isolates reacted weakly with either sera. The virus neutralization differences observed within the same viral species, and more pronounced between BoHV-1 and BoHV-5, likely reflect sequence differences in neutralizing epitopes. These results demonstrate that the 5′ gC region is well conserved within each viral species but is divergent between BoHV-1 and BoHV-5, likely contributing to their biological and antigenic differences.

Dexmedetomidine decreases the inflammatory response to myocardial surgery under mini-cardiopulmonary bypass

Cardiopulmonary bypass (CPB) with extracorporeal circulation produces changes in the immune system accompanied by an increase in proinflammatory cytokines and a decrease in anti-inflammatory cytokines. We hypothesize that dexmedetomidine (DEX) as an anesthetic adjuvant modulates the inflammatory response after coronary artery bypass graft surgery with mini-CPB. In a prospective, randomized, blind study, 12 patients (4 females and 8 males, age range 42-72) were assigned to DEX group and compared with a conventional total intravenous anesthesia (TIVA) group of 11 patients (4 females and 7 males). The endpoints used to assess inflammatory and biochemical responses to mini-CPB were plasma interleukin (IL)-1, IL-6, IL-10, interferon (INF)-γ, tumor necrosis factor (TNF)-α, C-reactive protein, creatine phosphokinase, creatine phosphokinase-MB, cardiac troponin I, cortisol, and glucose levels. These variables were determined before anesthesia, 90 min after beginning CPB, 5 h after beginning CPB, and 24 h after the end of surgery. Endpoints of oxidative stress, including thiobarbituric acid reactive species and delta-aminolevulinate dehydratase activity in erythrocytes were also determined. DEX+TIVA use was associated with a significant reduction in IL-1, IL-6, TNF-α, and INF-γ (P<0.0001) levels compared with TIVA (two-way ANOVA). In contrast, the surgery-induced increase in thiobarbituric acid reactive species was higher in the DEX+TIVA group than in the TIVA group (P<0.01; two-way ANOVA). Delta-aminolevulinate dehydratase activity was decreased after CPB (P<0.001), but there was no difference between the two groups. DEX as an adjuvant in anesthesia reduced circulating IL-1, IL-6, TNF-α, and INF-γ levels after mini-CPB. These findings indicate an interesting anti-inflammatory effect of DEX, which should be studied in different types of surgical interventions.

Cytokine profile and lymphocyte subsets in type 2 diabetes

Type 2 diabetes mellitus (T2D) is a metabolic disease with inflammation as an important pathogenic background. However, the pattern of immune cell subsets and the cytokine profile associated with development of T2D are unclear. The objective of this study was to evaluate different components of the immune system in T2D patients' peripheral blood by quantifying the frequency of lymphocyte subsets and intracellular pro- and anti-inflammatory cytokine production by T cells. Clinical data and blood samples were collected from 22 men (51.6±6.3 years old) with T2D and 20 nonsmoking men (49.4±7.6 years old) who were matched for age and sex as control subjects. Glycated hemoglobin, high-sensitivity C-reactive protein concentrations, and the lipid profile were measured by a commercially available automated system. Frequencies of lymphocyte subsets in peripheral blood and intracellular production of interleukin (IL)-4, IL-10, IL-17, tumor necrosis factor-α, and interferon-γ cytokines by CD3+ T cells were assessed by flow cytometry. No differences were observed in the frequency of CD19+ B cells, CD3+CD8+ and CD3+CD4+ T cells, CD16+56+ NK cells, and CD4+CD25+Foxp3+ T regulatory cells in patients with T2D compared with controls. The numbers of IL-10- and IL-17-producing CD3+ T cells were significantly higher in patients with T2D than in controls (P<0.05). The frequency of interferon-γ-producing CD3+ T cells was positively correlated with body mass index (r=0.59; P=0.01). In conclusion, this study shows increased numbers of circulating IL-10- and IL-17-producing CD3+ T cells in patients with T2D, suggesting that these cytokines are involved in the immune pathology of this disease.

The effects of mutated cationic amino acid transporter y+LAT1 at the cellular and systemic level

y+LAT1 is a transmembrane protein that, together with the 4F2hc cell surface antigen, forms a transporter for cationic amino acids in the basolateral plasma membrane of epithelial cells. It is mainly expressed in the kidney and small intestine, and to a lesser extent in other tissues, such as the placenta and immunoactive cells. Mutations in y+LAT1 lead to a defect of the y+LAT1/4F2hc transporter, which impairs intestinal absorbance and renal reabsorbance of lysine, arginine and ornithine, causing lysinuric protein intolerance (LPI), a rare, recessively inherited aminoaciduria with severe multi-organ complications. This thesis examines the consequences of the LPI-causing mutations on two levels, the transporter structure and the Finnish patients’ gene expression profiles. Using fluorescence resonance energy transfer (FRET) confocal microscopy, optimised for this work, the subunit dimerisation was discovered to be a primary phenomenon occurring regardless of mutations in y+LAT1. In flow cytometric and confocal microscopic FRET analyses, the y+LAT1 molecules exhibit a strong tendency for homodimerisation both in the presence and absence of 4F2hc, suggesting a heterotetramer for the transporter’s functional form. Gene expression analysis of the Finnish patients, clinically variable but homogenic for the LPI-causing mutation in SLC7A7, revealed 926 differentially-expressed genes and a disturbance of the amino acid homeostasis affecting several transporters. However, despite the expression changes in individual patients, no overall compensatory effect of y+LAT2, the sister y+L transporter, was detected. The functional annotations of the altered genes included biological processes such as inflammatory response, immune system processes and apoptosis, indicating a strong immunological involvement for LPI.

Pertussis: infection, vaccination and gene polymorphisms

Pertussis or whooping cough is a human respiratory tract infection and a vaccine-preventable disease that is caused by Bordetella pertussis bacteria. Pertussis vaccination has been part of the Finnish national vaccine program since 1952. Despite extensive vaccinations, the incidence of pertussis has increased in many countries during the last decades. Large epidemics have been observed also in countries with high vaccine coverage. Inter-individual variation in immune responses is always encountered after vaccination. Low vaccine responses may cause vulnerability to pertussis even straight after vaccination. Reasons for low responses are not fully understood. The innate immune system is responsible for the initial recognition of pathogens and vaccine antigens. The role of innate immunity on pertussis immunity has not been thoroughly investigated. Mannose-binding lectin (MBL) and toll-like receptor 4 (TLR4) are important molecules of the innate immune system and in the recognition of pathogens. Cytokines form a signaling network that have a notable role in immune responses after infections as well as after vaccinations. Single nucleotide polymorphism (SNP) is common in genes encoding these molecules and the polymorphisms have been reported to affect vaccine response after viral and bacterial vaccines. This study investigated the gene polymorphisms of MBL2, TLR4 and interleukin (IL)-10 promoter and their association with vaccine responses after acellular pertussis (aP) vaccination in Finnish adolescents and infants. Cell-mediated immune responses were investigated ten years after the previous pertussis vaccinations in young adults. In addition, the role of MBL deficiency in pertussis infection susceptibility was evaluated. The results of this study show that subjects with TLR4 polymorphism had lower antibody production and persistence after aP vaccination compared with normal allele. A specific SNP in the TLR4 gene was associated with decreased antibody responses and persistence in adolescents after aP booster vaccination. Cell-mediated immune responses were partly detected ten years after the previous vaccination; booster vaccine clearly enhanced the responses. In addition, subjects with IL-10 polymorphism had altered cell-mediated immune responses. MBL deficiency was found to be more frequent in pertussis patients than healthy controls but the polymorphism of MBL2 was not associated with antibody responses after acellular pertussis vaccination. The novel finding of this study was that genetic variation in the innate immune system seems to play a role in altered pertussis vaccine responses as well as in pertussis infection. These new findings enlighten the mechanisms behind the low responses after pertussis vaccination and help to predict risk factors related to this phenomenon.

Novel cancer-related regulatory targets for the signalling sphingolipids sphingosine-1-phosphate and sphingosylphosphorylcholine

The signalling sphingolipid sphingosine-1-phosphate (S1P) is necessary for development of the immune system and vasculature and on a cellular level regulates migration, proliferation and survival. Due to these traits S1P has an important role in cancer biology. It is considered a primarily cancer-promoting factor and the enzyme which produces it, sphingosine kinase (SphK), is often over-expressed in tumours. S1P is naturally present in the blood, lymph, tissue fluids and cell cytoplasm and functions through its cell surface receptors (S1P1-5) and as an intracellular second messenger. Sphingosylphosphorylcholine (SPC) is closely related to S1P and has similar regulatory functions but has not been extensively studied. Both S1P and SPC are able to evoke either stimulatory or inhibitory effects on cancer cells depending on the context. The aim of this thesis work was to study novel regulatory targets of S1P and SPC, which mediate the effects of S1P/SPC signalling on cancer cell behaviour. The investigated targets are the transcription factor hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1), the intermediate filament protein vimentin and components of the Hippo signalling pathway. HIF-1 has a central role in cancer biology, as it regulates a multitude of cancer-related genes and is potently activated by intratumoural hypoxia through stabilization of the regulatory subunit HIF-1α. Tumours typically harbour high HIF-1α levels and HIF-1, in turn, facilitates tumour angiogenesis and metastasis and regulates cancer cell metabolism. We found S1P to induce follicular thyroid cancer cell migration in normal oxygen conditions by increasing HIF-1α synthesis and stability and subsequently HIF-1 activity. Vimentin is a central regulator of cell motility and is also commonly over-expressed in cancers. Vimentin filaments form a cytoskeletal network in mesenchymal cells as well as epithelial cancer cells which have gone through epithelial-mesenchymal transition (EMT). Vimentin is heavily involved in cancer cell invasion and gives tumours metastatic potential. We saw both S1P and SPC induce phosphorylation of vimentin monomers and reorganization of the vimentin filament network in breast and anaplastic thyroid cancer cells. We also found vimentin to mediate the anti-migratory effect of S1P/SPC on these cells. The Hippo pathway is a novel signalling cascade which controls cancer-related processes such as cellular proliferation and survival in response to various extracellular signals. The core of the pathway consists of the transcriptional regulators YAP and TAZ, which activate predominantly cancer-promoting genes, and the tumour suppressive kinases Lats1 and Lats2 which inhibit YAP/TAZ. Increased YAP expression and activity has been reported for a wide variety of cancers. We found SPC to regulate Hippo signalling in breast cancer cells in a two-fold manner through effects on phosphorylation status, activity and/or expression of YAP and Lats2. In conclusion, this thesis reveals new details of the signalling function of S1P and SPC and regulation of the central oncogenic factors HIF-1 and vimentin as well as the novel cancer-related pathway Hippo.

Chronic mild social stress increases neurogenesis in adolescent male rats

Once thought to occur only during specific periods of development, it is now clear that neurogenesis occurs in the rat hippocampus into adulthood. It is wellestablished that stress during adulthood decreases the rate of neurogenesis, but during adolescence, the effects of stress are much less understood. I investigated the effect of short-term or chronic stress during adolescence (daily lhr isolation and change of cage partner from postnatal day (PND) 30-32 or 30-45) on hippocampal neurogenesis. In experiment 1, rats were administered Bromodeoxyuridine (BrdU) daily on PND 30-32, or 46-48, to mark neurogenesis at the beginning of the stressor or after the stressor had ceased, respectively. Neither short-term nor chronic stress had an effect on proliferation or survival (evidenced by BrdU and Doublecortin (Dcx) immunohistochemistry respectively) of cells born at the beginning of the stress procedure. Compared to controls, BrdU-labeling showed chronic stress significantly increased proliferation of cells generated after the stressor had ceased, but survival of new neurons was not supported (Dcx-Iabeling). However, it may be that BrdU injections are inherently stressful. In experiment 2, the stressor (described above) was applied in the absence of BrdU injections. Ki67 (a marker of proliferation) showed that stress transiently increased cell proliferation. Dcx-Iabeling showed that stress also increased neuron survival into adulthood. Labeling with OX.,.42 (a marker of macro phages) suggested that the immune system plays a role in neurogenesis, as stress transiently decreased the number of activated microglia in the hippocampus. It can be concluded that in the adolescent male rat, chronic mild stress increases neurogenesis.

Supplémentation en glutamine et statut immunitaire de nageurs élites en compétition

Le but de cette étude consiste à démontrer l’impact positif d’une supplémentation en glutamine chez des nageurs élites, afin d’améliorer le statut immunitaire et d’évaluer si les changements plasmatiques de la glutamine peuvent expliquer l’incidence d’infections des voies respiratoires (IVRS). En parallèle, ce projet évalue si les apports alimentaires influencent la glutamine plasmatique et l’incidence d’IVRS. L’étude s’est effectuée auprès de 14 athlètes élites (8 hommes, 6 femmes). Chaque athlète a participé aux deux conditions expérimentales : un supplément de glutamine et une solution placebo isocalorique. Les périodes de supplémentation se déroulaient sur sept jours, incluant trois journées consécutives de compétition. Le profil hématologique, après les compétitions, montre qu’un supplément de glutamine n’améliore pas significativement la concentration plasmatique en glutamine ni les niveaux de cytokines comparativement à une solution placebo. Bien que les résultats soient semblables sous les deux conditions, les niveaux post-compétition ont tendance à être supérieurs aux valeurs pré-supplémentation, lorsqu’un apport exogène en glutamine est fourni à l’organisme alors que les concentrations plasmatiques de glutamine tendent à diminuer lorsqu’une solution placebo est administrée (p=0.067). L'incidence d’IVRS ne peut être expliquée par une faible concentration plasmatique de glutamine ni par un apport exogène de glutamine. On observe cependant une augmentation d’IVRS suite aux compétitions, soient de 8 athlètes pour le groupe placebo contre 3 au groupe glutamine. Les athlètes atteints d'IVRS semblent consommer moins d'énergie totale (kcal) et de protéines que les athlètes sains (p=0.060). Les résultats obtenus ne démontrent pas qu’une supplémentation en glutamine améliore le profil immunitaire et ne prévienne l’incidence d’IVRS, mais ils soulèvent l’hypothèse qu’un apport exogène en glutamine stabilise les niveaux plasmatiques de glutamine, permettant aux athlètes de poursuivre leurs entraînements et de récupérer efficacement.

Développement d’une méthode d’estimation du contenu en glutamine des aliments

Cette étude vise à estimer l’apport en glutamine (Gln) alimentaire chez des athlètes soumis à un protocole de supplémentation en glutamine ainsi qu’à clarifier les informations diffusées au grand public en ce qui concerne les sources alimentaires de glutamine. Des études cliniques ont démontré que la supplémentation en glutamine pouvait réduire la morbidité et la mortalité chez des sujets en phase critique (grands brulés, chirurgie…). Le mécanisme en cause semble impliquer le système immunitaire. Cependant, les études chez les sportifs, dont le système immunitaire a de fortes chances d’être affaibli lors de périodes d’entraînement prolongées impliquant des efforts longs et intenses, n’ont pas été concluantes. Or, ces études négligent systématiquement l’apport alimentaire en glutamine, si bien qu’il est probable que les résultats contradictoires observés puissent en partie être expliqués par les choix alimentaires des sujets. Puisque la méthode conventionnelle de dosage des acides aminés dans les protéines alimentaires transforme la glutamine en glutamate, les tables de composition des aliments présentent la glutamine et le glutamate ensemble sous la dénomination « glutamate » ou « Glu », ce qui a comme conséquence de créer de l’ambiguïté. La dénomination « Glx » devrait être utilisée. Partant de la probabilité qu’un apport en Glx élevé soit un bon indicateur de l’apport en glutamine, nous avons créé un calculateur de Glx et avons évalué l’alimentation de 12 athlètes faisant partie d’une étude de supplémentation en glutamine. Nous avons alors constaté que l’apport en Glx était directement proportionnel à l’apport en protéines, avec 20,64 % ± 1,13 % de l’apport protéique sous forme de Glx. Grâce à quelques données sur la séquence primaire des acides aminés, nous avons pu constater que le rapport Gln/Glx pouvait être très variable d’un type de protéine à l’autre. Alors que le ratio molaire Gln/Glx est de ~95 % pour les α et β-gliadines, il n’est que de ~43 % pour la caséine, de ~36 % pour la β-lactoglobuline, de ~31 % pour l’ovalbumine et de ~28 % pour l’actine. Il est donc possible que certaines protéines puissent présenter des avantages par rapport à d’autres, à quantité égale de Glx.

Expression des SOCS-1 et SOCS-3 par les lymphocytes T humains en réponse à des cytokines immuno-modulatrices

Les cytokines jouent un rôle fondamental dans la régulation des processus biologiques via la cascade de signalisation JAK-STAT. Les « Suppressors of Cytokine Signalling » (SOCS), protéines intracellulaires, inhibent la voie JAK-STAT. Plusieurs études supportent leur implication dans des maladies immunitaires, mais peu d’informations sont disponibles sur leur expression par les lymphocytes T humains. Nous postulons que les cytokines Interféron-β(IFN-β) et Interleukine-27 (IL-27), dotées d’un potentiel immuno-régulateur, ont des rôles bénéfiques via l’induction des SOCS. L’impact de l’IFN-β et l’IL-27 sur l’expression des SOCS-1 et SOCS-3 par des cellules T CD8 et CD4 humaines a été étudié en utilisant des cellules sanguines de donneurs sains. L’expression de ces régulateurs a été évaluée aux niveaux de l’ARNm par qRT-PCR et protéique par immunocytochimie. Les SOCS-1 et SOCS-3 ont été rapidement induits en ARNm dans les deux types cellulaires en réponse à l’IFN-β ou l’IL-27 et une augmentation de l’expression a été confirmée au niveau protéique. Afin de mimer les thérapies à base d’IFN-β, les cellules T ont été exposées chroniquement à l’IFN-β. Après chaque ajout de cytokine les cellules T ont augmenté l’expression du SOCS-1, sans moduler le SOCS-3. L’IL-27 a induit les SOCS-1 et SOCS-3 préférentiellement dans les cellules T CD8 ; ceci corrèle avec des résultats du laboratoire démontrant une plus petite expression des récepteurs à l’IL-27 par les lymphocytes T CD4 que les CD8. Notre projet a permis d’élucider l’expression des SOCS dans deux populations de cellules T et de clarifier les mécanismes d’actions de l’IFN-β et l’IL-27.

Régulation de l'activité transcriptionnelle de PPARgamma via l'activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a : potentiel anti-athérosclérotique

Les sécrétines peptidiques de l’hormone de croissance (GHRPs) constituent une classe de peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance (GH). Cette activité est médiée par leur liaison à un récepteur couplé aux protéines G : le récepteur des sécrétines de l’hormone de croissance (GHS-R1a), identifié subséquemment comme le récepteur de la ghréline. La ghréline est un peptide de 28 acides aminés sécrété principalement par les cellules de la muqueuse de l’estomac, qui exerce de nombreux effets périphériques indépendamment de la sécrétion de l’hormone de croissance. Les effets indépendants de la sécrétion de GH incluent, entre autres, des actions sur le contrôle de la prise de nourriture, le métabolisme énergétique, la fonction cardiaque, le système immunitaire et la prolifération cellulaire. L’étude de la distribution périphérique des sites de liaison des GHRPs nous a permis d’identifier un second site, le CD36, un récepteur scavenger exprimé dans plusieurs tissus dont le myocarde, l’endothélium de la microvasculature et les monocytes/macrophages. Le CD36 exprimé à la surface du macrophage joue un rôle clé dans l’initiation du développement de l’athérosclérose par la liaison et l’internalisation des lipoprotéines de faible densité oxydées (LDLox) dans l’espace sous-endothélial de l’artère. L’hexaréline, un analogue GHRP, a été développé comme agent thérapeutique pour stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance par l’hypophyse. Sa propriété de liaison aux récepteurs GHS-R1a et CD36 situés en périphérie et particulièrement sa capacité d’interférer avec la liaison des LDLox par le CD36 nous ont incité à évaluer la capacité de l’hexaréline à moduler le métabolisme lipidique du macrophage. L’objectif principal de ce projet a été de déterminer les effets de l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a, par l’hexaréline et la ghréline, le ligand endogène du GHS-R1a, sur la physiologie du macrophage et de déterminer son potentiel anti-athérosclérotique. Les résultats montrent premièrement que l’hexaréline et la ghréline augmentent l’expression des transporteurs ABCA1 et ABCG1, impliqués dans le transport inverse du cholestérol, via un mécanisme contrôlé par le récepteur nucléaire PPARγ. La régulation de l’activité transcriptionnelle de PPARγ par l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a se fait indépendamment de la présence du domaine de liaison du ligand (LBD) de PPARγ et est conséquente de changements dans l’état de phosphorylation de PPARγ. Une étude plus approfondie de la signalisation résultant de la liaison de la ghréline sur le GHS-R1a révèle que PPARγ est activé par un mécanisme de concertation entre les voies de signalisation Gαq/PI3-K/Akt et Fyn/Dok-1/ERK au niveau du macrophage. Le rôle de PPARγ dans la régulation du métabolisme lipidique par l’hexaréline a été démontré par l’utilisation de macrophages de souris hétérozygotes pour le gène de Ppar gamma, qui présentent une forte diminution de l’activation des gènes de la cascade métabolique PPARγ-LXRα-transporteurs ABC en réponse à l’hexaréline. L’injection quotidienne d’hexaréline à un modèle de souris prédisposées au développement de l’athérosclérose, les souris déficientes en apoE sous une diète riche en cholestérol et en lipides, se traduit également en une diminution significative de la présence de lésions athérosclérotiques correspondant à une augmentation de l’expression des gènes cibles de PPARγ et LXRα dans les macrophages péritonéaux provenant des animaux traités à l’hexaréline. L’ensemble des résultats obtenus dans cette thèse identifie certains nouveaux mécanismes impliqués dans la régulation de PPARγ et du métabolisme du cholestérol dans le macrophage via les récepteurs CD36 et GHS-R1a. Ils pourraient servir de cibles thérapeutiques dans une perspective de traitement des maladies cardiovasculaires.

Effet de l'initiation du traitement antirétroviral sur la diversité virale du VIH

L’épidémie du VIH-1 dure maintenant depuis plus de 25 ans. La grande diversité génétique de ce virus est un obstacle majeur en vue de l’éradication de cette pandémie. Au cours des années, le VIH-1 a évolué en plus de cinquante sous-types ou formes recombinantes. Cette diversité génétique est influencée par diverses pressions de sélection, incluant les pressions du système immunitaire de l’hôte et les agents antirétroviraux (ARV). En effet, bien que les ARV aient considérablement réduit les taux de morbidité et de mortalité, en plus d’améliorer la qualité et l’espérance de vie des personnes atteintes du VIH-1, ces traitements sont complexes, dispendieux et amènent leur lot de toxicité pouvant mener à des concentrations plasmatiques sous-optimales pour contrôler la réplication virale. Ceci va permettre l’émergence de variantes virales portant des mutations de résistance aux ARV. Ce phénomène est encore plus complexe lorsque l’on prend en considération l’immense diversité génétique des différents sous-types. De plus, le virus du VIH est capable de persister sous forme latente dans diverses populations cellulaires, rendant ainsi son éradication extrêmement difficile. Des stratégies pouvant restreindre la diversité virale ont donc été préconisées dans le but de favoriser les réponses immunes de l’hôte pour le contrôle de l’infection et d’identifier des variantes virales offrant une meilleure cible pour des stratégies vaccinales ou immunothérapeutiques. Dans cet esprit, nous avons donc étudié, chez des sujets infectés récemment par le VIH-1, l’effet du traitement ARV précoce sur la diversité virale de la région C2V5 du gène enveloppe ainsi que sur la taille des réservoirs. En deuxième lieu, nous avons caractérisé la pression de sélection des ARV sur des souches virales de sous types variés non-B, chez des patients du Mali et du Burkina Faso afin d’évaluer les voies d’échappement viral dans un fond génétique différent du sous-type B largement prévalent en Amérique du Nord. Notre étude a démontré la présence d’une population virale très homogène et peu diversifiée dans les premières semaines suivant l’infection, qui évolue pour atteindre une diversification de +0,23% à la fin de la première année. Cette diversification est plus importante chez les sujets n’ayant pas initié de traitement. De plus, ceci s’accompagne d’un plus grand nombre de particules virales infectieuses dans les réservoirs viraux des cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) chez ces sujets. Ces résultats suggèrent que l’initiation précoce du traitement pourrait avoir un effet bénéfique en retardant l’évolution virale ainsi que la taille des réservoirs, ce qui pourrait supporter une réponse immune mieux ciblée et potentiellement des stratégies immunothérapeutiques permettant d’éradiquer le virus. Nous avons également suivi 801 sujets infectés par des sous-types non-B sur le point de débuter un traitement antirétroviral. Bien que la majorité des sujets ait été à un stade avancé de la maladie, plus de 75% des individus ont obtenu une charge virale indétectable après 6 mois d’ARV, témoignant de l’efficacité comparable des ARV sur les sous-types non-B et B. Toutefois, contrairement aux virus de sous-type B, nous avons observé différentes voies moléculaires de résistance chez les sous type non-B, particulièrement chez les sous-types AGK/AK/K pour lesquels les voies de résistances étaient associées de façon prédominante aux TAM2. De plus, bien que la divergence entre les virus retrouvés chez les patients d’une même région soit faible, nos analyses phylogénétiques ont permis de conclure que ces mutations de résistance se sont produites de novo et non à partir d’un ancêtre commun porteur de résistance. Cependant, notre dernière étude au Mali nous a permis d’évaluer la résistance primaire à près de 10% et des études phylogénétiques seront effectuées afin d’évaluer la circulation de ces souches résistantes dans la population. Ces études suggèrent qu’un contrôle de la réplication virale par les ARV peut freiner la diversité du VIH et ainsi ouvrir la voie à un contrôle immunologique ciblé, utilisant de nouvelles stratégies vaccinales ou immunothérapeutiques. Toutefois, une thérapie antirétrovirale sous-optimale (adhérence, toxicité) peut conduire à l’échappement virologique en favorisant l’émergence et la dissémination de souches résistantes.

Caractérisation moléculaire de la modulation spatio-temporelle des fonctions du phagosome

La phagocytose est un processus par lequel des cellules spécialisées du système immunitaire comme les macrophages ingèrent des microorganismes envahisseurs afin de les détruire. Les microbes phagocytés se retrouvent dans un compartiment intracellulaire nommé le phagosome, qui acquiert graduellement de nombreuses molécules lui permettant de se transformer en phagolysosome possédant la capacité de tuer et dégrader son contenu. L’utilisation de la protéomique a permis de mettre en évidence la présence de microdomaines (aussi nommés radeaux lipidiques ou radeaux membranaires) sur les phagosomes des macrophages. Notre équipe a démontré que ces radeaux exercent des fonctions cruciales au niveau de la membrane du phagosome. D’abord nous avons observé que la survie du parasite intracellulaire L. donovani est possible dans un phagosome dépourvu de radeaux lipidiques. Parallèlement nous avons constaté qu’un mutant de L. donovani n’exprimant pas de LPG à sa surface(LPG-) est rapidement tué dans un phagosome arborant des radeaux membranaires. Pour comprendre le mécanisme de perturbation des microdomaines du phagosome par la molécule LPG, nous avons provoqué la phagocytose de mutants LPG- du parasite et comparé par microscopie les différences avec le parasite de type sauvage. Nous avons ainsi démontré que le LPG de L. donovani est nécessaire et suffisant au parasite pour empêcher la maturation normale du phagosome. Nous avons également découvert que la molécule LPG permet d’empêcher la formation des radeaux lipidiques sur le phagosome et peut aussi désorganiser les radeaux lipidiques préexistants. Enfin, nous avons montré que l’action de LPG est proportionnelle au nombre d’unités répétitives de sucres (Gal(β1,4)-Manα1-PO4) qui composent cette molécule. Nos travaux ont démontré pour la première fois le rôle important de ces sous-domaines membranaires dans la maturation du phagosome. De plus, nos conclusions seront des pistes à suivre au cours des études cliniques ayant pour but d’enrayer la leishmaniose. Le second objectif de ce travail consistait à effectuer la caractérisation des radeaux lipidiques par une analyse protéomique et lipidomique à l’aide de la spectrométrie de masse. Nous avons ainsi entrepris l’identification systématique des protéines présentes dans les radeaux membranaires des phagosomes et ce, à trois moments clés de leurmaturation. Le traitement des phagosomes purifiés avec un détergent nous a permis d’isoler les «Detergent Resistent Membranes» (DRMs) des phagosomes, qui sont l’équivalent biochimique des radeaux membranaires. Nous avons ainsi établi une liste de 921 protéines associées au phagosome, dont 352 sont présentes dans les DRMs. Les protéines du phagosome sont partagées presque également entre trois tendances cinétiques (augmentation, diminution et présence transitoire). Cependant, une analyse plus spécifique des protéines des DRMs démontre qu’une majorité d’entre elles augmentent en fonction de la maturation. Cette observation ainsi que certains de nos résultats montrent que les radeaux lipidiques des phagosomes précoces sont soit très peu nombreux, soit pauvres en protéines, et qu’ils sont recrutés au cours de la maturation du phagosome. Nous avons aussi analysé les phospholipides du phagosome et constaté que la proportion entre chaque classe varie lors de la maturation. De plus, en regardant spécifiquement les différentes espèces de phospholipides nous avons constaté que ce ne sont pas uniquement les espèces majoritaires de la cellule qui dominent la composition de la membrane du phagosome. L’ensemble de nos résultats a permis de mettre en évidence plusieurs fonctions potentielles des radeaux lipidiques, lesquelles sont essentielles à la biogenèse des phagolysosomes (signalisation, fusion membranaire, action microbicide, transport transmembranaire, remodelage de l’actine). De plus, la cinétique d’acquisition des protéines de radeaux lipidiques indique que ceux-ci exerceraient leurs fonctions principalement au niveau des phagosomes ayant atteint un certain niveau de maturation. L’augmentation du nombre de protéines des radeaux membranaires qui s’effectue durant la maturation du phagosome s’accompagne d’une modulation des phospholipides, ce qui laisse penser que les radeaux membranaires se forment graduellement sur le phagosome et que ce ne sont pas seulement les protéines qui sont importées.

Étude du polymorphisme du gène majeur d’histocompatibilité de classe IIb (MHIIb) chez l’omble de fontaine (Salvelinus fontinalis)

Les molécules classiques du complexe majeur d’histocompatibilité de classe II (CMHII) sont des glycoprotéines de surface spécialisées dans la présentation de peptides, principalement dérivés de pathogènes extracellulaires, aux récepteurs des lymphocytes T CD4+ afin d’initier la réponse immunitaire adaptative. Elles sont encodées, avec celles du CMH de classe I, par les gènes les plus polymorphiques identifiés jusqu’à maintenant, avec plusieurs loci et une grande diversité allélique à chacun d’eux. De plus, le polymorphisme des gènes du CMHII n’est pas limité qu’aux séquences codantes. Il est également observé dans les promoteurs où on a démontré ses effets sur le niveau d’expression des gènes. La variation de la régulation d’un gène est considérée comme un facteur important et pour laquelle des modifications morphologiques, physiologiques et comportementales sont observées chez tous les organismes. Des séquences d’ADN répétées impliquées dans cette régulation ont été identifiées dans les régions non-codantes des génomes. D’un autre côté, la sélection par les pathogènes permettrait l’évolution et le maintien du polymorphisme des gènes du CMH chez les vertébrés. À ce sujet, plusieurs études ont montré l’implication de différents allèles du CMH dans la résistance ou la susceptibilité aux maladies. Cette étude avait pour objectifs de caractériser le polymorphisme du gène MHIIb chez l’omble de fontaine (Salvelinus fontinalis) et de documenter ses effets au niveau de la survie conférée par des allèles et/ou génotypes particuliers lors d’une infection, ainsi que sur la variation du niveau d’expression du gène dans différentes conditions. Dans une première partie, nous avons identifié un total de 6 allèles du gène MHIIb, désignés Safo-DAB*0101 à Safo-DAB*0601, qui montrent une grande similarité avec les séquences codantes provenant de poissons téléostéens et de l’humain. L’analyse des séquences du domaine b1 a permis de détecter l’effet d’une pression sélective positive pour maintenir le polymorphisme dans cette région de la molécule. Quatre de ces allèles ont été testés lors d’une expérience d’infection avec le pathogène Aeromonas salmonicida afin d’évaluer l’effet qu’ils pouvaient avoir sur la survie des poissons. Nous avons trouvé que l’allèle DAB*0101 était significativement associé à la résistance à la furonculose. En plus d’avoir été identifié chez les individus homozygotes pour cet allèle, l’effet a également été remarqué au niveau de la survie les poissons de génotype DAB*0101/*0201. À l’opposé, les facteurs de risque élevé obtenus pour les génotypes DAB*0201/*0301 et DAB*0301/*0401 suggèrent plutôt une association à la susceptibilité. Étant donné la faible fréquence à laquelle l’allèle DAB*0101 a été retrouvé dans la population, le modèle de la sélection dépendante de la fréquence pourrait expliquer l’avantage conféré par ce dernier et souligne l’importance de ce mécanisme pour le maintien du polymorphisme du gène MHIIb chez l’omble de fontaine. Dans une seconde partie, nous avons rapporté la présence d’un minisatellite polymorphique formé d’un motif de 32 nucléotides dans le second intron du gène MHIIb, et pour lequel un nombre exclusif de répétitions du motif a été associé à chaque allèle (69, 27, 20, 40, 19 et 25 répétitions pour les allèles DAB*0101 à DAB*0601 respectivement). L’expression relative de quatre allèles a été évaluée dans des poissons hétérozygotes aux températures de 6 ºC et 18 ºC. Les résultats indiquent que les allèles possédant un long minisatellite montrent une réduction de l’expression du gène d’un facteur 1,67 à 2,56 par rapport aux allèles qui en contiennent un court. De même, des allèles qui incluent des minisatellites de tailles similaires n’affichent pas de différence significative au niveau de l’abondance du transcrit aux deux températures. De plus, l’effet répressif associé aux longs minisatellites est amplifié à la température de 18 ºC dans des poissons de trois génotypes différents. Nous avons finalement observé une augmentation significative par un facteur 2,08 de l’expression totale du gène MHIIb à la température de 6 ºC. Ces résultats appuient l’implication des séquences d’ADN répétées dans la régulation de l’activité transcriptionnelle d’un gène et suggèrent qu’un minisatellite sensible aux différences de températures pourrait être soumis aux forces sélectives et jouer un rôle important dans l’expression de gènes et l’évolution des organismes poïkilothermes.