Anti-leishmania effector functions of CD4+ Th1 cells and early events instructing Th2 cell development and susceptibility to Leishmania major in BALB/c mice.

Resistance and susceptibility to infection with the intracellular parasite, Leishmania major, are mediated by parasite-specific CD4+ Th1 and Th2 cells, respectively. It is well established that the protective effect of parasite-specific CD4+ Th1 cells is largely dependent upon the IFN-gamma produced. However, recent results indicate that the effect of Th1 cells on resolution of lesions induced by L. major in genetically resistant mice also requires a functional Fas-FasL pathway of cytotoxicity. In contrast to resistant mice, susceptible BALB/c mice develop aberrant Th2 responses following infection with L. major and consequently suffer progressive disease. These outcomes clearly depends upon the production of interleukin 4 (IL-4) early after infection. We have shown that a burst of IL-4 mRNA, peaking in draining lymph nodes of BALB/c mice 16 hrs after infection, occurs within CD4+ T cells that express V beta 4-V alpha 8 T cell receptors. In contrast to control and V beta 6-deficient mice, V beta 4-deficient BALB/c mice were resistant to infection, demonstrating the role of these cells in Th2 development. The early IL-4 response was absent in these mice, and Th1 responses occurred following infection. The LACK antigen of L. major induced comparable IL-4 production in V beta 4-V alpha 8 CD4+ T cells. Thus, the IL-4 required for Th2 development and susceptibility to L. major is produced by a restricted population of V beta 4-V alpha 8 CD4+ T cells after cognate interaction with a single antigen from this complex parasite. The IL-4 produced rapidly by these CD4+ T cells induces within 48 hours a state of unresponsiveness to IL-12 among parasite-specific CD4+ T cell precursors by downregulating the IL-12 receptor beta 2 chain expression.

Development of a real time polymerase chain reaction for quantitation of Schistosoma mansoni DNA

This report describes the development of a SYBR Green I based real time polymerase chain reaction (PCR) protocol for detection on the ABI Prism 7000 instrument. Primers targeting the gene encoding the SSU rRNA were designed to amplify with high specificity DNA from Schistosoma mansoni, in a real time quantitative PCR system. The limit of detection of parasite DNA for the system was 10 fg of purified genomic DNA, that means less than the equivalent to one parasite cell (genome ~580 fg DNA). The efficiency was 0.99 and the correlation coefficient (R²) was 0.97. When different copy numbers of the target amplicon were used as standards, the assay could detect at least 10 copies of the specific target. The primers used were designed to amplify a 106 bp DNA fragment (Tm 83ºC). The assay was highly specific for S. mansoni, and did not recognize DNA from closely related non-schistosome trematodes. The real time PCR allowed for accurate quantification of S. mansoni DNA and no time-consuming post-PCR detection of amplification products by gel electrophoresis was required. The assay is potentially able to quantify S. mansoni DNA (and indirectly parasite burden) in a number of samples, such as snail tissue, serum and feces from patients, and cercaria infested water. Thus, these PCR protocols have potential to be used as tools for monitoring of schistosome transmission and quantitative diagnosis of human infection.

Cloning and characterization of a V-ATPase subunit C from the American visceral leishmaniasis vector Lutzomyia longipalpis modulated during development and blood ingestion

Visceral leishmaniasis (VL) is a serious tropical disease that affects approximately 500 thousand people worldwide every year. In the Americas, VL is caused by the parasite Leishmania (Leishmania) infantum chagasi mainly transmitted by the bite of the sand fly vector Lutzomyia longipalpis. Despite recent advances in the study of interaction between Leishmania and sand flies, very little is known about sand fly protein expression profiles. Understanding how the expression of proteins may be affected by blood feeding and/or presence of parasite in the vector's midgut might allow us to devise new strategies for controlling the spread of leishmaniasis. In this work, we report the characterization of a vacuolar ATPase subunit C from L. longipalpis by screening of a midgut cDNA library with a 220 bp fragment identified by means of differential display reverse transcriptase-polymerase chain reaction analysis. The expression of the gene varies along insect development and is upregulated in males and bloodfed L. longipalpis, compared to unfed flies.

Ergosterol biosynthesis and drug development for Chagas disease

This article presents an overview of the currently available drugs nifurtimox (NFX) and benznidazole (BZN) used against Trypanosoma cruzi, the aetiological agent of Chagas disease; herein we discuss their limitations along with potential alternatives with a focus on ergosterol biosynthesis inhibitors (EBI). These compounds are currently the most advanced candidates for new anti-T. cruzi agents given that they block de novo production of 24-alkyl-sterols, which are essential for parasite survival and cannot be replaced by a host's own cholesterol. Among these compounds, new triazole derivatives that inhibit the parasite's C14± sterol demethylase are the most promising, as they have been shown to have curative activity in murine models of acute and chronic Chagas disease and are active against NFX and BZN-resistant T. cruzi strains; among this class of compounds, posaconazole (Schering-Plough Research Institute) and ravuconazole (Eisai Company) are poised for clinical trials in Chagas disease patients in the short term. Other T. cruzi-specific EBI, with in vitro and in vivo potency, include squalene synthase, lanosterol synthase and squalene epoxidase-inhibitors as well as compounds with dual mechanisms of action (ergosterol biosynthesis inhibition and free radical generation), but they are less advanced in their development process. The main putative advantages of EBI over currently available therapies include their higher potency and selectivity in both acute and chronic infections, activity against NFX and BZN-resistant T. cruzi strains, and much better tolerability and safety profiles. Limitations may include complexity and cost of manufacture of the new compounds. As for any new drug, such compounds will require extensive clinical testing before being introduced for clinical use, and the complexity of such studies, particularly in chronic patients, will be compounded by the current limitations in the verification of true parasitological cures for T. cruzi infections.

In vitro and in vivo experimental models for drug screening and development for Chagas disease

Chagas disease, a neglected illness, affects nearly 12-14 million people in endemic areas of Latin America. Although the occurrence of acute cases sharply has declined due to Southern Cone Initiative efforts to control vector transmission, there still remain serious challenges, including the maintenance of sustainable public policies for Chagas disease control and the urgent need for better drugs to treat chagasic patients. Since the introduction of benznidazole and nifurtimox approximately 40 years ago, many natural and synthetic compounds have been assayed against Trypanosoma cruzi, yet only a few compounds have advanced to clinical trials. This reflects, at least in part, the lack of consensus regarding appropriate in vitro and in vivo screening protocols as well as the lack of biomarkers for treating parasitaemia. The development of more effective drugs requires (i) the identification and validation of parasite targets, (ii) compounds to be screened against the targets or the whole parasite and (iii) a panel of minimum standardised procedures to advance leading compounds to clinical trials. This third aim was the topic of the workshop entitled Experimental Models in Drug Screening and Development for Chagas Disease, held in Rio de Janeiro, Brazil, on the 25th and 26th of November 2008 by the Fiocruz Program for Research and Technological Development on Chagas Disease and Drugs for Neglected Diseases Initiative. During the meeting, the minimum steps, requirements and decision gates for the determination of the efficacy of novel drugs for T. cruzi control were evaluated by interdisciplinary experts and an in vitro and in vivo flowchart was designed to serve as a general and standardised protocol for screening potential drugs for the treatment of Chagas disease.

Induction and maintenance of protective CD8+ T cells against malaria liver stages: implications for vaccine development

CD8+ T cells against malaria liver stages represent a major protective immune mechanism against infection. Following induction in the peripheral lymph nodes by dendritic cells (DCs), these CD8+ T cells migrate to the liver and eliminate parasite infected hepatocytes. The processing and presentation of sporozoite antigen requires TAP mediated transport of major histocompatibility complex class I epitopes to the endoplasmic reticulum. Importantly, in DCs this process is also dependent on endosome-mediated cross presentation while this mechanism is not required for epitope presentation on hepatocytes. Protective CD8+ T cell responses are strongly dependent on the presence of CD4+ T cells and the capacity of sporozoite antigen to persist for a prolonged period of time. While human trials with subunit vaccines capable of inducing antibodies and CD4+ T cell responses have yielded encouraging results, an effective anti-malaria vaccine will likely require vaccine constructs designed to induce protective CD8+ T cells against malaria liver stages.

Platform for Plasmodium vivax vaccine discovery and development

Plasmodium vivax is the most prevalent malaria parasite on the American continent. It generates a global burden of 80-100 million cases annually and represents a tremendous public health problem, particularly in the American and Asian continents. A malaria vaccine would be considered the most cost-effective measure against this vector-borne disease and it would contribute to a reduction in malaria cases and to eventual eradication. Although significant progress has been achieved in the search for Plasmodium falciparum antigens that could be used in a vaccine, limited progress has been made in the search for P. vivax components that might be eligible for vaccine development. This is primarily due to the lack of in vitro cultures to serve as an antigen source and to inadequate funding. While the most advanced P. falciparum vaccine candidate is currently being tested in Phase III trials in Africa, the most advanced P. vivax candidates have only advanced to Phase I trials. Herein, we describe the overall strategy and progress in P. vivax vaccine research, from antigen discovery to preclinical and clinical development and we discuss the regional potential of Latin America to develop a comprehensive platform for vaccine development.

Low transformation growth factor-β1 production and collagen synthesis correlate with the lack of hepatic periportal fibrosis development in undernourished mice infected with Schistosoma mansoni

Undernourished mice infected (UI) submitted to low and long-lasting infections by Schistosoma mansoni are unable to develop the hepatic periportal fibrosis that is equivalent to Symmers’ fibrosis in humans. In this report, the effects of the host’s nutritional status on parasite (worm load, egg viability and maturation) and host (growth curves, biology, collagen synthesis and characteristics of the immunological response) were studied and these are considered as interdependent factors influencing the amount and distribution of fibrous tissue in hepatic periovular granulomas and portal spaces. The nutritional status of the host influenced the low body weight and low parasite burden detected in UI mice as well as the number, viability and maturation of released eggs. The reduced oviposition and increased number of degenerated or dead eggs were associated with low protein synthesis detected in deficient hosts, which likely induced the observed decrease in transformation growth factor (TGF)-β1 and liver collagen. Despite the reduced number of mature eggs in UI mice, the activation of TGF-β1 and hepatic stellate cells occurred regardless of the unviability of most miracidia, due to stimulation by fibrogenic proteins and eggshell glycoproteins. However, changes in the repair mechanisms influenced by the nutritional status in deficient animals may account for the decreased liver collagen detected in the present study.

The role of dentritic cells in leishmania infection : use of novel DC lines for the development of monoclonal antibodies

Les cellules dendritiques (DCs) sont des cellules multifonctionnelles qui font le lien entre le sytème immunitaire inné et adaptatif chez les mammifères. Il existe plusieurs sous-types de DCs basés sur leurs fonctions et l'endroit où elles se situent dans le corps. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié le rôle de ces cellules face à une infection parasitaire. La Leishmania est un parasite causant une maladie appelée Leishmaniose, maladie endémique de l'Afrique, de l'Asie et de certaines régions de l'Amérique du Sud. Certaines espèces causent des lésions cutanées, alors que d'autres causent des lésions dans les muqueuses ou dans les organes internes. Le système immunitaire répond en générant une réponse inflammatoire qui élimine l'infection. Lors d'une réponse non-inflammatoire (de type cytokines, chemokines), cela va amener à une persistance du parasite sur le long terme. Les DC s'activant en présence du parasite dans la peau, vont le transporter vers un ganglion. A cet endroit, se trouvent différents sous-types de DC qui ont la particularité de présenter l'antigène (spécifique à la Leishmaniose) aux lymphocytes T, ce qui va alors amener à une réponse immunitaire puissante contre le parasite. Nous avons comparé différentes espèces de Leishmaniose dans leur façon d'activer les DC et différents modèles de souris ont été utilisé dans ce but-là. Les souris du type C57BL/6 sont connues pour être résistantes à L. major et sensibles à L. mexicana, alors qu'au contraire, les souris Balb/c sont connues pour être sensibles à ces deux espèces. En utilisant des parasites fluorescents transgéniques, nous avons comparé ces deux espèces de parasites (L. major et L. mexicana) en recherchant quelles cellules elles sont capables d'infecter in-vivo dans un modèle murin. Le rôle général des DC dans une infection à L. major a déjà été décrit. Dans notre étude, nous avons étudié le besoin en DC CD8a+ dans les ganglions afin d'engendrer une réponse face à une infection à L. major. Les souris qui n'ont pas ce sous-type de DC sont beaucoup plus sensibles à l'infection : elles ont des marqueurs inflammatoires plus bas et des lésions plus grandes. Nous avons également remarqué que les DC CD8a+ jouent un rôle crucial dans une phase plus avancée de l'infection. Dans notre laboratoire, nous avons la chance d'avoir une source illimitée de DCs de sous-type CD8a+ provenant d'une souris génétiquement modifiée par nos soin. Grâce à cela, nous avons utilisé ces cellules CD8a+ pour immuniser des rats afin de produire des anticorps monoclonaux ayant des propriétés spécifiques comme l'identification de protéines uniques présentes à la surface des DC et qui ensuite, modulent une réponse immunitaire in-vivo. Nous sommes actuellement en phase de caractérisation de plus de 750 hybridomes générés dans notre laboratoire. - Les cellules dendritiques (DCs) constituent le lien entre le système inné et adaptatif de la réponse immunitaire, car elles sont capables de présenter l'antigène, de donner la co- stimulation et de relâcher des cytokines et chimokines. Au cours de cette thèse, nous avons exploré différentes familles de DC lors d'infections parasitaires, telles que la Leishmaniose, parasite intracellulaire qui infecte les mammifères. La plupart des lésions cutanées résistantes sont caractérisées par une réponse pro-inflammatoire générée par l'IL-12. A l'inverse, pour la forme non résistante, la réponse est générée par l'IL-4 et l'IL-10, dans les modèles murins vulnérables. L'infection avec Lmajor a été caractérisée chez la souris C57BL/6 (Thl) et chez la souris Balb/c (Th2). Chez la souris C57BL/6 la lésion guérit, alors que chez la souris Balb/c, la lésion est au contraire non-cicatrisante. Nous avons comparé l'activation causée dans l'ensemble des DC par différentes espéces de Leishmania, et plus spécifiquement dans les DC CD8a+ présentes dans les ganglions lymphatiques et leur rôle dans la vulnérabilité à L. major. Ces cellules sont spécialisées dans la présentation croisée d'antigènes exogènes par le CMH-I et le haut taux de production d'IL-12 après activation. En utilisant des DC dérivées de moelle osseuse, nous avons constaté que L. guyanensis V+ (transportant un retrovirus) était le plus efficace pour l'activation des DC in-vitro comparé à L. major, L. mexicana et L. guyanensis (V-). Toutefois, in-vivo, les souris infectées avec L. major ont vu la taille de leur ganglions lymphatiques drainants augmentée, 3-6 semaines après l'infection dans les deux espèces de souris (les C57BL/6 résistantes et les Balb/c sensibles). En utilisant un parasite fluorescent transgénique, nous avons trouvé que les souris C57BL/6 sensibles à Lmexicana ont un nombre plus important de cellules Β infectées et un plus petit nombre de DC dérivées des monocytes inflammatoires, comparé au souris infectées avec L. major. Les conséquences de ces observations sont encore à l'étude. Des souris déficientes en CD8ct+DC et CD103+ sont plus sensibles à L. major que les souris WT: leurs lésions sont plus grandes et la charge parasitaire est plus importante. Nous avons généré une chimère de moelles osseuse CD11-DTR et Batf3-/- en mélangeant les moelles de ces deux souris, afin de déterminer le temps après infection où le manque de DC's CD8a+ contribue le plus à l'augmentation de la vulnérabilité chez la souris KO. Ces souris produisent plus d'IgG1 et IgE, font une réponse Th2 plus forte et Thl moins forte. Nous avons constaté que les souris déficientes en DC CD8a+ au début de la réponse immunitaire adaptive (trois semaines après injection) maintiennent un haut taux de lésions de grande taille, semblable à celui des souris chez qui les cellules ont été déplétées avant l'injection. Cela indique que les DC CD8a+ sont nécessaires pour l'efficacité de l'immunité dans la phase chronique de l'infection à L. major. Parallèlement à cela, nous avons aussi commencé une génération d'anticorps monoclonaux dirigés contre les DC CD8a+ activés en utilisant des souches établies dans notre laboratoire. En partant d'une librairie de 763 hybridomes, nous avons identifié plusieurs clones dignes d'intérêt avec une capacité fonctionnelle à moduler la prolifération et la sécrétion de cytokines des cellules T, ainsi que les molécules de co-stimulation présentes à la surface des DC activées elle-même. - Dendritic cells (DCs) are the bridge between the innate and the adaptive arms of the immune systems. They are professional antigen presentation cells and have important cytokine/chemokine release functions. In this dissertation we have focussed on the study of the different subsets of DCs in parasitic infection immunity. Leishmania are intra-cellular parasites of many different species that infect mammals. Most cutaneous lesions that are self- healing are characterized with a pro-inflammatory response with IL-12 while high levels of cytokines such as IL-4 and IL-10 characterized in susceptible mouse models. In mice L. major infection has been well characterized in C57BL/6 mice (Thl) that form healing lesions while Balb/c mice (Th2) form non-healing lesions. This thesis is focussed on comparing DC activation at large by different strains of Leishmania and more specifically, dLN resident CD8a+ DCs and their role in L. major susceptibility. This subset is specialized in cross- presentation of exogenous antigens in the MHC-I pathway and produce high levels of EL-12. Using bone marrow derived DCs we found that L. guyanensis V+ (carrying a retro-virus) was the most efficient at activating DCs in-vitro. In-vivo however L. major infected mice had the largest dLNs 3-6 weeks after infection in both genetically resistant C57BL/6 and susceptible Balb/c mice. Using transgenic fluorescent parasites, we found that C57BL/6 mice which are susceptible to L. mexicana had more number of infected Β cells and fewer number of infected inflammatory monocyte derived DCs in contrast to L. major infection. Using mice deficient in CD8a+ DCs, we found that these mice were more susceptible to L. major than their WT counterparts. They made larger lesions, had higher parasite burdens, higher levels of Th2 indicating immunolgloblins as measured by higher serie IgE levels and lower CD4+ IFNy+ cells. A mixed bone marrow chimera system of CDllc-DTR and Batf3~'~ was generated to determine the time point at which the lack of CD8a+ DCs most contributes to the increased susceptibility in KO mice. We found that mice depleted of CD8a+ DCs at the advent of the adaptive response (3 weeks after infection) maintained the significantly higher lesion size similar to mice whose cells were depleted from the onset of infection. This indicates that CD8a+ DCs are required for effective immunity in the chronic phase of L. major infection. We also began the generation of a valuable tool of monoclonal antibodies against activated CD8a+ DCs using our in-house DC line. From a library of 763 hybridomas we have identified several interesting clones with a functional ability to modulate Τ cell proliferation and cytokine secretion as well as down-modulating co-stimulatory molecules on activated DC cells themselves.

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

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

Testing the predictive adaptive response in a host-parasite system

1. Harsh environmental conditions experienced during development can reduce the performance of the same individuals in adulthood. However, the 'predictive adaptive response' hypothesis postulates that if individuals adapt their phenotype during development to the environments where they are likely to live in the future, individuals exposed to harsh conditions in early life perform better when encountering the same harsh conditions in adulthood compared to those never exposed to these conditions before. 2. Using the common vole (Microtus arvalis) as study organism, we tested how exposure to flea parasitism during the juvenile stage affects the physiology (haematocrit, resistance to oxidative stress, resting metabolism, spleen mass, and testosterone), morphology (body mass, testis mass) and motor performance (open field activity and swimming speed) of the same individuals when infested with fleas in adulthood. According to the 'predictive adaptive response' hypothesis, we predicted that voles parasitized at the adult stage would perform better if they had already been parasitized with fleas at the juvenile stage. 3. We found that voles exposed to fleas in adulthood had a higher metabolic rate if already exposed to fleas when juvenile, compared to voles free of fleas when juvenile and voles free of fleas in adulthood. Independently of juvenile parasitism, adult parasitism impaired adult haematocrit and motor performances. Independently of adult parasitism, juvenile parasitism slowed down crawling speed in adult female voles. 4. Our results suggest that juvenile parasitism has long-term effects that do not protect from the detrimental effects of adult parasitism. On the contrary, experiencing parasitism in early-life incurs additional costs upon adult parasitism measured in terms of higher energy expenditure, rather than inducing an adaptive shift in the developmental trajectory. 5. Hence, our study provides experimental evidence for long term costs of parasitism. We found no support for a predictive adaptive response in this host-parasite system.

Neutrophils contribute to development of a protective immune response during onset of infection with Leishmania donovani.

Neutrophils are key components of the inflammatory response and as such contribute to the killing of microorganisms. In addition, recent evidence suggests their involvement in the development of the immune response. The role of neutrophils during the first weeks post-infection with Leishmania donovani was investigated in this study. When L. donovani-infected mice were selectively depleted of neutrophils with the NIMP-R14 monoclonal antibody, a significant increase in parasite numbers was observed in the spleen and bone marrow and to a lesser extent in the liver. Increased susceptibility was associated with enhanced splenomegally, a delay in the maturation of hepatic granulomas, and a decrease in inducible nitric oxide synthase expression within granulomas. In the spleen, neutrophil depletion was associated with a significant increase in interleukin 4 (IL-4) and IL-10 levels and reduced gamma interferon secretion by CD4(+) and CD8(+) T cells. Increased production of serum IL-4 and IL-10 and higher levels of Leishmania-specific immunoglobulin G1 (IgG1) versus IgG2a revealed the preferential induction of Th2 responses in neutrophil-depleted mice. Altogether, these data suggest a critical role for neutrophils in the early protective response against L. donovani, both as effector cells involved in the killing of the parasites and as significant players influencing the development of a protective Th1 immune response.

Role of hepatocyte wounding on " Plasmodium " liver-stage development and survival

RESUME La première étape primordiale au cycle de vie du Plasmodium dans un hôte mammifère est l'invasion des hepatocytes par des sporozoites. L'infection finale des hepatocytes est précédée de la traversée de plusieurs cellules hôtes, rompant les membranes plasmiques et ayant comme résultat la sécrétion des facteurs cytotoliques dans le micro-environnement. Ce matériel endogène libéré est fortement stimulant/immunogène et peut servir de signal de danger initiant des réponses distinctes dans diverses cellules. De nos jours, le caractère essentiel et salutaire de la migration des sporozoites comme étape d'infection du Plasmodium est vivement controversée. Ainsi, notre étude a visé à caractériser l'effet de l'interaction du parasite avec ses cellules hôtes d'un point de vue immunologique. En particulier, nous avons voulu évaluer l'effet de la perte de matériel cellulaire pendant l'infection de Plasmodium sur les hepatocytes primaires de souris et sur des cultures cellulaires HepG2. Nous avons observé que les facteurs cytotoxiques dérivés des cellules endommagés activent NF-κB - un important régulateur de réponse inflammatoires -dans des cellules voisines des cellules endommagés, qui sont des cellules hôtes potentielles pour l'infection finale du parasite. Cette activation de NF-κB s'est produite peu de temps après l'infection et a mené in vitro et in vivo à une réduction d'infection de façon dépendante du temps, un effet qui a pu être compensé par l'addition de BAY11-7082, un inhibiteur spécifique de NF-κB. De plus, aucune activation de NF-κB avec des parasites SPECT-/-, incapables de traverser les hepatocytes, n'a été observée. Nous avons montré parla suite que l'activation de NF-κB induit l'expression de l'enzyme iNOS dans les hepatocytes, qui est responsable d'une diminution des hepatocytes infectés. En outre, les hepatocytes primaires des souris MyD88-/- n'ont montré ni activation de NF-κB, ni expression d'iNOS lors de l'infection, ce qui suggère la participation des membres de famille du Toll/IL-1 récepteur dans la reconnaissance des facteurs cytosoxiques. En effet, le manque de MyD88 a augmenté significativement l'infection in vitro et in vivo. D'autre part, un rôle bénéfique pour l'activation de NF-κB a été évalué. Les cellules infectées étaient plus résistantes contre l'apoptose induite par Fas (CD95/Apo-1) que les cellules non infectées ou les cellules infectées dans lesquelles NF-κB a été bloqué par BAY11-7082 in vitro. Paradoxalement, l'expression d'iNOS contribue à la protection des cellules infectées contre l'apoptose pax Fas, puisque le traitement avec l'inhibiteur spécifique SMT (S-methylisothiourea) a rendu les cellules infectées plus susceptibles à l'apoptose. Un effet bénéfique additionnel pour le parasite est que la plupart des cellules hôtes traversées présentent des peptides du parasite aux cellules T cytotoxiques spécifiques et peuvent donc réorienter la réaction immune spécifique sur les cellules non infectées. Nous montrons que les cellules hôtes endommagés par la migration du parasite induit l'inflammation, qui limite l'ampleur de l'infection. D'autre part, nos données soutiennent que la survie du parasite Plasmodium dans le foie est assurée par une augmentation de la résistance des hepatocytes contre l'apoptose. SUMMARY The first obligatory step of the Plasmodium life cycle in the mammalian host is the invasion of hepatocytes by sporozoites. Final hepatocyte infection involves the penetration of several host cells, whose plasma membranes are ruptured in the process, resulting in the release of cytosolic factors into the microenvironment. This released endogenous material is highly stimulatory / immunogenic and can serve as a danger signal initiating distinct responses in various cells. To date, it is highly controversial whether sporozoite migration through hepatocytes is an essential and beneficial step for Plasmodium infection. Thus, our study aimed at characterizing the effect of the interaction of the parasite with its host cells from an immunological point of view In particular, we wanted to evaluate the effect of cell material leakage during Plasmodium infection on cultured mouse primary hepatocytes and HepG2 cells. We observed that wounded cell-derived cytosolic factors activate NF-κB - a main regulator of host inflammatory responses - in cells bordering wounded cells, which are potential host cells for final parasite infection. This activation of NF-κB occurred shortly after infection and led to a reduction of infection load in a time dependent manner in vitro and in viva, an effect that could be reverted by addition of the specific NF-κB inhibitor BAY11-7082. In addition, no NF-κB activation was observed when SPECT-/- parasites, which are devoid of hepatocyte traversing properties, were used. We provide further evidence that NF-κB activation causes the induction of inducible nitric oxide synthase (iNOS) expression in hepatocytes, and this is, in turn, responsible for a decrease in Plasmodium-infected hepatocytes. Furthermore, primary hepatocytes from MyD88-/- mice showed no NF-κB activation and iNOS expression upon infection, suggesting a role of the Toll/IL-1 receptor family members in sensing cytosolic factors. Indeed, lack of MyD88 significantly increased infection in vitro and in vivo. In a further complementary series of experiments, we assessed a possible beneficial role for the activation of NF-κB. Infected cells were more resistant to Fas (CD95/Apo-1)-mediated apoptosis than uninfected cells or infected cells in which NF-κB was blocked by BAYl1-7082 in vitro. Paradoxically, iNOS expression contributes to the protection of infected cells from Fas-induced apoptosis, since treatment with the specific iNOS inhibitor SMT (S-Methylisothiourea Sulfate) rendered the infected cells more susceptible to apoptosis. An additional beneficial effect of host cell traversal for the parasite is the fact that mainly traversed cells present parasite-derived peptides to specific cytotoxic T cells and therefore may redirect the specific immune response to uninfected cells. In summary, we have shown that host cells wounded by parasite migration induce inflammation, which limits the extent of parasite infection. In addition, our data support the notion that survival of Plasmodium parasites in the liver is mediated by increasing the resistance of hepatocytes to Fas-induced apoptosis.

Both the Fas ligand and inducible nitric oxide synthase are needed for control of parasite replication within lesions in mice infected with Leishmania major whereas the contribution of tumor necrosis factor is minimal.

Following infection with the protozoan parasite Leishmania major, C57BL/6 mice develop a small lesion that heals spontaneously. Resistance to infection is associated with the development of CD4(+) Th1 cells producing gamma interferon (IFN-gamma) and tumor necrosis factor (TNF), which synergize in activating macrophages to their microbicidal state. We show here that C57BL/6 mice lacking both TNF and Fas ligand (FasL) (gld TNF(-/-) mice) infected with L. major neither resolved their lesions nor controlled Leishmania replication despite the development of a strong Th1 response. Comparable inducible nitric oxide synthase (iNOS) activities were detected in lesions of TNF(-/-), gld TNF(-/-), and gld mice, but only gld and gld TNF(-/-) mice failed to control parasite replication. Parasite numbers were high in gld mice and even more elevated in gld TNF(-/-) mice, suggesting that, in addition to iNOS, the Fas/FasL pathway is required for successful control of parasite replication and that TNF contributes only a small part to this process. Furthermore, FasL was shown to synergize with IFN-gamma for the induction of leishmanicidal activity within macrophages infected with L. major in vitro. Interestingly, TNF(-/-) mice maintained large lesion size throughout infection, despite being able to largely control parasite numbers. Thus, IFN-gamma, FasL, and iNOS appear to be essential for the complete control of parasite replication, while the contribution of TNF is more important in controlling inflammation at the site of parasite inoculation.

Ultrastructure of vitellogenesis and vitellocytes in the trypanorhynch cestode Aporhynchus menezesi, a parasite of the velvet belly lanternshark Etmopterus spinax

This is the first TEM examination of vitellogenesis in the cestode Aporhynchus menezesi, a parasite of the velvet belly lanternshark Etmopterus spinax and a member of a little-studied trypanorhynch family, the Aporhynchidae. The synthetic activity of vitellocytes plays two important functions in the developmental biology of cestodes: (1) their shell-globules serve in eggshell formation; and (2) their accumulated reserves of glycogen and lipids represent a food source for the developing embryo. In A. menezesi, vitelline follicles consist of cells at various stages of development, from peripheral, immature cells of the gonial type to mature cells towards the centre of the follicle. These stages are: (I) immature; (II) early differentiation; (III) advanced maturation; and (IV) mature. Gradual changes involved in this process occur within each stage. Vitellogenesis involves: (1) an increase in cell volume; (2) the development of a smooth endoplasmic reticulum and an accelerated formation and accumulation of both unsaturated and saturated lipid droplets, along with their continuous enlargement and fusion; (3) the formation of individual β-glycogen particles and their accumulation in the form of glycogen islands scattered among lipid droplets in the cytoplasm of maturing and mature vitellocytes; (4) the rapid accumulation of large, moderately saturated lipid droplets accompanied by dense accumulations of β-glycogen along with proteinaceous shell-globules or shell-globule clusters in the peripheral layer during the advanced stage of maturation; (5) the development of cisternae of granular endoplasmic reticulum that produce dense, proteinaceous shell-globules; (6) the development of Golgi complexes engaged in the packaging of this material; and (7) the progressive and continuous enlargement of shell-globules into very large clusters in the peripheral layer during the advanced stage of maturation. Vitellogenesis in A. menezesi, only to some extent, resembles that previously described for four other trypanorhynchs. It differs in: (i) the reversed order of secretory activities in the differentiating vitellocytes, namely the accumulation of large lipid droplets accompanied by glycogenesis or β-glycogen formation during early differentiation (stage II), i.e. before the secretory activity, which is predominantly protein synthesis for shell-globule formation (stage III); (ii) the very heavy accumulation of large lipid droplets during the final stage of cytodifferentiation (stage IV); and (iii) the small number of β-glycogen particles present in mature vitellocytes. Ultracytochemical staining with PA-TCH-SP for glycogen proved positive for a small number of β-glycogen particles in differentiating and mature vitellocytes. Hypotheses, concerning the interrelationships of patterns of vitellogenesis, possible modes of egg formation, embryonic development and life-cycles, are commented upon.