Dynamics and kinetics of natural killer cell cytotoxicity in human malaria as evaluated by a novel stepwise cytotoxicity assay

Malaria causes important functional alterations of the immune system, but several of them are poorly defined. To evaluate thoroughly the natural killer cell cytotoxicity in patients with malaria, we developed a technique capable to assess both the dynamics and the kinetics of the process. For the kinetics assay, human peripheral blood mononuclear cells were previously incubated with K562 cells and kept in agarose medium, while for the dynamics assay both cells were maintained in suspension. NK activity from patients with vivax malaria presented a kinetics profile faster than those with falciparum malaria. NK cytotoxicity positively correlated with parasitemia in falciparum malaria. The dynamics of NK cytotoxicity of healthy individuals was elevated at the beginning of the process and then significantly decreased. In contrast, malaria patients presented successive peaks of NK activity. Our results confirmed the occurrence of alteration in NK cell function during malaria, and added new data about the NK cytotoxicity process.

Selective serotonin-reuptake inhibitor and norepinephrine dopamine reuptake inhibitor antidepressants do not affect natural killer cell activity in vitro

OBJECTIVE: This study aims to evaluate the citotoxic activity of two commonly used anti-depressants: paroxetine and bupropion. We also evaluated the in vitro natural killer activity (NKA) after incubating the blood samples with the antidepressants. METHODS: Peripheral blood samples from 15 healthy volunteers were collected and the mononuclear cells (PBMCs) were isolated and incubated for 24h with (or without = control cells) paroxetine and bupropion, in concentrations of 30, 100 and 1000 ng/ml. After the incubation period in both groups, the amount of dead cells was calculated using trypam blue technique. NKA was evaluated using the classic51Cr release assay. CONCLUSIONS: PBMCs dead cells occurred in both groups and in proportion to all pharmacological concentrations. Nevertheless, the NKA was not affected, even with the reduction in the number of effective cells.

Distinct conformations of Ly49 natural killer cell receptors mediate MHC class I recognition in trans and cis.

Certain cell-surface receptors engage ligands expressed on juxtaposed cells and ligands on the same cell. The structural basis for trans versus cis binding is not known. Here, we showed that Ly49 natural killer (NK) cell receptors bound two MHC class I (MHC-I) molecules in trans when the two ligand-binding domains were backfolded onto the long stalk region. In contrast, dissociation of the ligand-binding domains from the stalk and their reorientation relative to the NK cell membrane allowed monovalent binding of MHC-I in cis. The distinct conformations (backfolded and extended) define the structural basis for cis-trans binding by Ly49 receptors and explain the divergent functional consequences of cis versus trans interactions. Further analyses identified specific stalk segments that were not required for MHC-I binding in trans but were essential for inhibitory receptor function. These data identify multiple distinct roles of stalk regions for receptor function.

Relació entre el percentatge i número absolut de cèl·lules Natural Killer i de l’expressió dels seus receptors NKG2D i NKp46 i les diferents formes de presentació de la Tuberculosi. Resultats preliminars.

La tuberculosi pot localitzar-se al pulmó: TB-P o altres òrgans: TB-EP, segons el compromís del sistema immunitari de l’hoste, on hi intervenen les cèl.lules Natural Killer-NK. L’estudi analitza el percentatge i número absolut d’NK i l’expressió dels receptors d’activació, NKG2D - NKp46, en 15 malalts/TB-P, 15 malalts/TB-EP i 15 sans, trobant-se augmentades en percentatge en el grup TB-P, disminuïdes en número absolut en els TB-EP i TB-P, i valors més alts d’ NKG2D, sobretot, malalts de TB-EP. Les coincidències amb d’altres estudis i les troballes preliminars obren possibilitats a investigacions en el camp de la TB-EP i la reacció immune.

Cis association of Ly49A with MHC class I restricts natural killer cell inhibition.

Natural killer (NK) cell function is negatively regulated by inhibitory receptors interacting with major histocompatibility complex class I molecules expressed on target cells. Here we show that the inhibitory Ly49A NK cell receptor not only binds to its H-2D(d) ligand expressed on potential target cells (in trans) but also is constitutively associated with H-2D(d) in cis (on the same cell). Cis association and trans interaction occur through the same binding site. Consequently, cis association restricts the number of Ly49A receptors available for binding of H-2D(d) on target cells and reduces NK cell inhibition through Ly49A. By lowering the threshold at which NK cell activation exceeds NK cell inhibition, cis interaction allows optimal discrimination of normal and abnormal host cells.

Generation of short-term murine natural killer cell clones to analyze Ly49 gene expression.

Natural killer (NK) cellsexpress receptors specific for class I major histocompatibility complex (MHC) molecules. In the mouse, the class I specific receptors identified to date belong to the polymorphic Ly49 receptor family. Engagement of Ly49 receptors with their respective MHC ligands results in negative regulation of NK cell effector functions, consistent with a critical role of these receptors in "missing self" recognition. The Ly49 receptors analyzed so far are clonally distributed such that multiple distinct Ly49 receptors can be expressed by individual NK cells (for review see refs. 1-3). The finding that most NK cells that express the Ly49A receptor do so from a single Ly49A allele (whereby expression can occur from the maternal or the paternal chromosome) may thus reflect a putative receptor distribution process that restricts the number of Ly49 receptors expressed in a single NK cell (3-5).

Matrix metalloproteinase 9 (MMP-9/gelatinase B) proteolytically cleaves ICAM-1 and participates in tumor cell resistance to natural killer cell-mediated cytotoxicity.

Shedding of intercellular adhesion molecule 1 (ICAM-1) is believed to play a role in tumor cell resistance to cell-mediated cytotoxicity. However, the mechanism whereby ICAM-1 is shed from the surface of tumor cells remains unclear. In this study, we have addressed the possibility that matrix metalloproteinases are implicated in ICAM-1 shedding. Our observations suggest a functional relationship between ICAM-1 and matrix metalloproteinase 9 (MMP-9) whereby ICAM-1 provides a cell surface docking mechanism for proMMP-9, which, upon activation, proteolytically cleaves the extracellular domain of ICAM-1 leading to its release from the cell surface. MMP-9-dependent shedding of ICAM-1 is found to augment tumor cell resistance to natural killer (NK) cell-mediated cytotoxicity. Taken together, our observations propose a mechanism for ICAM-1 shedding from the cell surface and provide support for MMP involvement in tumor cell evasion of immune surveillance.

In vivo expression of natural killer cell inhibitory receptors by human melanoma-specific cytolytic T lymphocytes.

Natural killer (NK) receptor signaling can lead to reduced cytotoxicity by NK cells and cytolytic T lymphocytes (CTLs) in vitro. Whether T cells are inhibited in vivo remains unknown, since peptide antigen-specific CD8(+) T cells have so far not been found to express NK receptors in vivo. Here we demonstrate that melanoma patients may bear tumor-specific CTLs expressing NK receptors. The lysis of melanoma cells by patient-derived CTLs was inhibited by the NK receptor CD94/NKG2A. Thus, tumor-specific CTL activity may be decreased through NK receptor triggering in vivo.

PRDM1 is a tumor suppressor gene in natural killer cell malignancies.

Natural killer cell lymphoma (NKCL) constitutes a rare and aggressive form of non-Hodgkin lymphoma, and there is little insight into its pathogenesis. Here we show that PRDM1 is a tumor suppressor gene in NKCLs that is inactivated by a combination of monoallelic deletion and promoter CpG island hypermethylation. We observed monoallelic deletion of PRDM1 loci in 8 of 18 (44%) NKCL cases. The other allele showed significant promoter methylation in 12 of 17 (71%) cases. In support of its role as a tumor suppressor gene, the reconstitution of PRDM1 in PRDM1-null NK cell lines led to G2/M cell cycle arrest, increased apoptosis, and a strong negative selection pressure with progressive elimination of PRDM1-expressing cells, which was enhanced when IL-2 concentration is limiting. We observed a progressive increase in PRDM1 expression-in particular, PRDM1α-in normal NK cells in response to IL-2 and in normal NK cells activated with an engineered NK cell target, K562-Cl9-mb21, suggesting its role in NK cell homeostasis. In support of this role, knockdown of PRDM1 by shRNA in normal NK cells resulted in the positive selection of these cells. We identified MYC and 4-1BBL as targets of PRDM1 in NK cells. Disruption of homeostatic control by PRDM1 may be an important pathogenetic mechanism for NKCL.

Anàlisis dels immunofenotips dels NKR de les cèl·lules Natural Killer en pacients amb Esclerosi Múltiple (MS).

La MS és una malaltia autoimmunitària les causes de la qual són encara desconegudes. Entre altres efectes, els pacients d’aquesta malaltia veuen reduït el nombre de limfòcits, així com el percentatge d’aquests ocupats pel compartiment NK. Tot i que molts estudis es centren en investigar aquesta malaltia, el motiu d’aquesta reducció, continua essent un misteri. En el present estudi s’ha plantejat una hipòtesi, la qual apunta a què aquesta reducció, pugui venir causada pel fet que les cèl·lules NK s’hagin vist eliminades de la circulació; a la qual cosa s’esperaria trobar una població de NK més joves per aquells pacients que tinguessin en un percentatge menor de NK, ja que aquesta pèrdua s’hauria hagut de compensar amb cèl·lules NK de nova formació. Per tal de determinar l’antiguitat de les cèl·lules NK s’analitzen els receptors ILT2 (present en cèl·lules més antigues, ja que s’acumula amb el temps), NKG2A (molt present en cèl·lules NK joves), i en la subpoblació CD56bright, (estat de maduració precoç, ja que aquestes amb el temps esdevindran CD56dim). Després de molts anàlisis, s’ha pogut comprovar com la presència de CMV influeix en els receptors de les cèl·lules NK, igual que també influeix la presència de tractament amb immunomoduladors. Però a part d’aquestes influències les quals ja s’havien descrit en altres estudis previs, s’ha pogut trobar que aquells pacients CMV- sense tractament, presenten una correlació significativament negativa entre el percentatge de les cèl·lules CD56bright respecte al total del compartiment NK, la qual al no estar sota la influència de CMV ni de tractament, està causada per algun factor estrictament lligat a la malaltia, fet del qual no se’n havien presentat evidències significatives fins ara. Tot i que aquests resultats, a la vegada de ser molt interessants, recolzen la hipòtesi base, no s’han trobat resultats significatius per a NKG2A i els resultats per a ILT2 són significatius però no concloents. Igualment però, aquests resultats són molt prometedors, i pensem que seria interesant continuar treballant en aquestes troballes.

Études sur la dérégulation des cytokines et des cellules Natural Killer chez les patients infectés par le VIH-1

La prolifération, la différenciation ainsi que les fonctions des cellules du système immunitaire sont contrôlées en partie par les cytokines. Lors de l’infection par le VIH-1, les défauts observés dans les fonctions, la maintenance, ainsi que la consistance des cellules du système immunitaire sont en large partie attribués à une production altérée des cytokines et à un manque d’efficacité au niveau de leurs effets biologiques. Durant ces études, nous nous sommes intéréssés à la régulation et aux fonctions de deux cytokines qui sont l’IL-18 et l’IL-21. Nous avons observé une corrélation inversée significative entre les concentrations sériques d’IL-18 et le nombre des cellules NK chez les patients infectés par le VIH-1. Nos expériences in vitro ont démontré que cette cytokine induit l’apoptose des cellules NK primaires et que cette mort peut être inhibée par des anticorps neutralisants spécifiques pour FasL et TNF-α. Cette mort cellulaire est due à l’expression de FasL sur les cellules NK et à la production de TNF-α par ces cellules. L’IL-18 augmente aussi la susceptibilité à la mort des cellules NK par un stimulus pro-apoptotique, en diminuant l’expression de la protéine anti-apoptotique Bcl-XL. Nous démontrons aussi que, contrairement à l’IL-18, les niveaux d’IL-18BP sont plus faibles dans les sérum de patients infectés. Ceci résulte sur une production non coordonnée de ces deux facteurs, aboutissant à des niveaux élevés d’IL-18 libre et biologiquement active chez les patients infectés. L’infection de macrophages in vitro induit la production d’IL-18 et réduit celle d’IL-18BP. De plus, l’IL-10 et le TGF-β, dont les concentrations sont élevées chez les patients infectés, réduisent la production d’IL-18BP par les macrophages in vitro. Finalement, nous démontrons que l’IL-18 augmente la réplication du VIH-1 dans les lymphocytes T CD4+ infectés. Les niveaux élevés d’IL-18 libres et biologiquement actives chez les patients infectés contribuent donc à l’immuno-pathogénèse induite par le VIH-1 en perturbant l’homéostasie des cellules NK ainsi qu’en augmentant la réplication du virus chez les patients. Ces études suggèrent donc la neutralisation des effets néfastes de l’IL-18 en utilisant son inhibiteur naturel soit de l’IL-18BP exogène. Ceci permettrait de moduler l’activité de l’IL-18 in vivo à des niveaux souhaitables. L’IL-21 joue un rôle clef dans le contrôle des infections virales chroniques. Lors de ces études, nous avons déterminé la dynamique de la production d’IL-21 lors de l’infection par le VIH-1 et sa conséquence sur la survie des cellules T CD4+ et la fréquence des cellules T CD8+ spécifiques au VIH-1. Nous avons démontré que sa production est compromise tôt au cours de l’infection et que les concentrations d’IL-21 corrèlent avec le compte de cellules T CD4+ chez les personnes infectées. Nos études ont démontré que le traitement antirétroviral restaure partiellement la production d’IL-21. De plus, l’infection par le VIH-1 de cellules T CD4+ humaines inhibe sa production en réduisant l’expression du facteur de transcription c-Maf. Nous avons aussi démontré que la fréquence des cellules T CD4+ spécifiques au VIH-1 qui produisent de l’IL-21 est réduite chez les patients virémiques. Selon nos résultats, l’IL-21 empêche l’apoptose spontanée des cellules T CD4+ de patients infectés et l’absence d’IL-21 réduit la fréquence des cellules T CD8+ spécifiques au VIH-1 chez ces patients. Nos résultats démontrent que l'IL-21R est exprimé de façon égale sur tous les sous-types de cellules NK chez les donneurs sains et chez les patients infectés. L’IL-21 active les protéines STAT-3, MAPK et Akt afin d'augmenter les fonctions effectrices des cellules NK. L'activation de STAT-3 joue un rôle clef dans ces fonctions avec ou sans un traitement avec de l'IL-21. L'IL-21 augmente l'expression des protéines anti-apoptotiques Bcl-2 et Bcl-XL, augmente la viabilité des cellules NK, mais ne possède aucun effet sur leur prolifération. Nous démontrons de plus que l'IL-21 augmente l'ADCC, les fonctions sécrétrices et cytotoxiques ainsi que la viabilité des cellules NK provenant de patients chroniquement infectés par le VIH-1. De plus, cette cytokine semble présenter ces effets sans augmenter en contrepartie la réplication du VIH-1. Elle permet donc d'inhiber la réplication virale lors de co-cultures autologues de cellules NK avec des cellules T CD4+ infectées d'une manière dépendante à l'expression de perforine et à l'utilisation de la protéine LFA-1. Les niveaux d’IL-21 pourraient donc servir de marqueurs biologiques pour accompagner les informations sur le taux de cellules T CD4+ circulantes en nous donnant des informations sur l’état de fonctionnalité de ce compartiment cellulaire. De plus, ces résultats suggèrent l’utilisation de cette cytokine en tant qu’agent immunothérapeutique pour restaurer les niveaux normaux d’IL-21 et augmenter la réponse antivirale chez les patients infectés par le VIH-1.

Étude génétique et fonctionnelle des Interferon-producing Killer Dendritic Cells

L’idée qu’une cellule puisse effectuer la cytolyse de cellules transformées, comme une cellule Natural Killer (NK), tout en ayant la capacité de présenter des antigènes, comme une cellule dendritique (DC), peut sembler fantaisiste. Cependant, de telles cellules furent bel et bien identifiées chez la souris en 2006. Ces cellules, nommées Interferon-producing Killer Dendritic Cells (IKDC), furent l’objet d’une caractérisation extensive qui révéla leur énorme potentiel immunologique. La combinaison de fonctions associées à des cellules NK et à des DC a doté les IKDC d’un pouvoir antitumoral remarquable. D’ailleurs, il a été démontré que les IKDC sont plus efficaces que les cellules NK pour limiter la croissance tumorale. Ainsi, suite à leur découverte, les IKDC ont suscité beaucoup d’intérêt. Cependant, une controverse émergea sur la nature des IKDC. Plusieurs groupes indépendants tentèrent de reproduire les expériences attestant les fonctions de DC des IKDC, sans y parvenir. De plus, des études additionnelles révélèrent que les IKDC possèdent des similitudes très importantes avec les cellules NK. Ces observations ont mené la communauté scientifique à suggérer que les IKDC sont des cellules NK en état d’activation (aNK). Malgré cette controverse, les caractéristiques antitumorales des IKDC sont si uniques et considérables qu’il est primordial de poursuivre l’étude de ces cellules. Pour y arriver, il est essentiel de déterminer la nature des IKDC et de mettre fin à ce débat. Par la suite, il sera important d’identifier des façons de cibler spécifiquement les IKDC pour permettre leur usage dans le cadre de thérapies antitumorales. Ainsi, l’objectif de cette thèse est de définir l’identité des IKDC, puis de déterminer les facteurs génétiques responsables de la régulation de ces cellules. Nous avons démontré que les IKDC ne sont pas des cellules aNK, contrairement à ce qui avait été suggéré. Nous avons constaté que les IKDC prolifèrent activement et possèdent un phénotype unique, des caractéristiques associées à des cellules NK très immatures. Afin de déterminer si les IKDC peuvent acquérir un phénotype mature, nous avons effectué des expériences de transfert adoptif. Suite à leur injection in vivo, les IKDC acquièrent un phénotype de cellules matures, mais étonnamment, elles se différencient aussi en cellules NK. Ainsi, nous avons révélé que les IKDC sont un intermédiaire dans la différenciation des cellules NK. En parallèle, nous avons démontré que la proportion d’IKDC varie grandement entre des souris de fond génétique différent, indiquant que des facteurs génétiques sont impliqués dans la régulation de ces cellules. Nous avons alors effectué une analyse génétique qui a révélé que les IKDC sont régulées par des facteurs génétiques compris dans une région distale du chromosome 7. Les résultats présentés dans cette thèse constituent une avancée importante pour la recherche sur les IKDC. Ils ont permis de définir la nature des IKDC et d’identifier un intervalle génétique impliqué dans la régulation de ces cellules. Ces découvertes sont des connaissances précieuses pour l’identification des IKDC chez l’Homme et la création de nouvelles thérapies dans la lutte contre le cancer.

Selective effects of Lactobacillus casei Shirota on T cell activation, natural killer cell activity and cytokine production

Modulation of host immunity is an important potential mechanism by which probiotics confer health benefits. This study was designed to investigate the effects of a probiotic strain, Lactobacillus casei Shirota (LcS), on immune function, using human peripheral blood mononuclear cells (PBMC) in vitro. In addition, the role of monocytes in LcS-induced immunity was also explored. LcS promoted natural killer (NK) cell activity and preferentially induced expression of CD69 and CD25 on CD8+ and CD56+ subsets in the absence of any other stimulus. LcS also induced production of IL-1β, IL-6, TNF-α, IL-12 and IL-10 in the absence of lipopolysaccharide (LPS). In the presence of LPS, LcS enhanced IL-1β production, but inhibited LPS-induced IL-10 and IL-6 production, and had no further effect on TNF-α and IL-12 production. Monocyte-depletion significantly reduced the impact of LcS on lymphocyte activation, cytokine production and NK cell activity. In conclusion, LcS preferentially activated cytotoxic lymphocytes in both the innate and specific immune system, which suggests that LcS could potentiate the destruction of infected cells in the body. LcS also induced both pro-inflammatory and anti-inflammatory cytokine production in the absence of LPS, but inhibited LPS-induced cytokine production in some cases. Monocytes play an important role in LcS-induced immunological responses.