Physico-chemical characterization and oxidative reactivity evaluation of aged brake wear particles

Brake wear dust is a significant component of traffic emissions and has been linked to adverse health effects. Previous research found a strong oxidative stress response in cells exposed to freshly generated brake wear dust. We characterized aged dust collected from passenger vehicles, using microscopy and elemental analyses. Reactive oxygen species (ROS) generation was measured with acellular and cellular assays using 2′7-dichlorodihydrofluorescein dye. Microscopy analyses revealed samples to be heterogeneous particle mixtures with few nanoparticles detected. Several metals, primarily iron and copper, were identified. High oxygen concentrations suggested that the elements were oxidized. ROS were detected in the cell-free fluorescent test, while exposed cells were not dramatically activated by the concentrations used. The fact that aged brake wear samples have lower oxidative stress potential than fresh ones may relate to the highly oxidized or aged state of these particles, as well as their larger size and smaller reactive surface area.

Intrinsic ROS-production capacity of nanoparticles

Engineered nanomaterials (ENMs) exhibit special physicochemical properties and thus are finding their way into an increasing number of industries, enabling products with improved properties. Their increased use brings a greater likelihood of exposure to the nanoparticles (NPs) that could be released during the life cycle of nano-abled products. The field of nanotoxicology has emerged as a consequence of the development of these novel materials, and it has gained ever more attention due to the urgent need to gather information on exposure to them and to understand the potential hazards they engender. However, current studies on nanotoxicity tend to focus on pristine ENMs, and they use these toxicity results to generalize risk assessments on human exposure to NPs. ENMs released into the environment can interact with their surroundings, change characteristics and exhibit toxicity effects distinct from those of pristine ENMs. Furthermore, NPs' large surface areas provide extra-large potential interfaces, thus promoting more significant interactions between NPs and other co-existing species. In such processes, other species can attach to a NP's surface and modify its surface functionality, in addition to the toxicity in normally exhibits. One particular occupational health scenario involves NPs and low-volatile organic compounds (LVOC), a common type of pollutant existing around many potential sources of NPs. LVOC can coat a NP's surface and then dominate its toxicity. One important mechanism in nanotoxicology is the creation of reactive oxygen species (ROS) on a NP's surface; LVOC can modify the production of these ROS. In summary, nanotoxicity research should not be limited to the toxicity of pristine NPs, nor use their toxicity to evaluate the health effects of exposure to environmental NPs. Instead, the interactions which NPs have with other environmental species should also be considered and researched. The potential health effects of exposure to NPs should be derived from these real world NPs with characteristics modified by the environment and their distinct toxicity. Failure to suitably address toxicity results could lead to an inappropriate treatment of nano- release, affect the environment and public health and put a blemish on the development of sustainable nanotechnologies as a whole. The main objective of this thesis is to demonstrate a process for coating NP surfaces with LVOC using a well-controlled laboratory design and, with regard to these NPs' capacity to generate ROS, explore the consequences of changing particle toxicity. The dynamic coating system developed yielded stable and replicable coating performance, simulating an important realistic scenario. Clear changes in the size distribution of airborne NPs were observed using a scanning mobility particle sizer, were confirmed using both liquid nanotracking analyses and transmission electron microscopy (TEM) imaging, and were verified thanks to the LVOC coating. Coating thicknesses corresponded to the amount of coating material used and were controlled using the parameters of the LVOC generator. The capacity of pristine silver NPs (Ag NPs) to generate ROS was reduced when they were given a passive coating of inert paraffin: this coating blocked the reactive zones on the particle surfaces. In contrast, a coating of active reduced-anthraquinone contributed to redox reactions and generated ROS itself, despite the fact that ROS generation due to oxidation by Ag NPs themselves was quenched. Further objectives of this thesis included development of ROS methodology and the analysis of ROS case studies. Since the capacity of NPs to create ROS is an important effect in nanotoxicity, we attempted to refine and standardize the use of 2'7-dichlorodihydrofluorescin (DCFH) as a chemical tailored for the characterization of NPs' capacity for ROS generation. Previous studies had reported a wide variety of results, which were due to a number of insufficiently well controlled factors. We therefore cross-compared chemicals and concentrations, explored ways of dispersing NP samples in liquid solutions, identified sources of contradictions in the literature and investigated ways of reducing artificial results. The most robust results were obtained by sonicating an optimal sample of NPs in a DCFH-HRP solution made of 5,M DCFH and 0.5 unit/ml horseradish peroxidase (HRP). Our findings explained how the major reasons for previously conflicting results were the different experimental approaches used and the potential artifacts appearing when using high sample concentrations. Applying our advanced DCFH protocol with other physicochemical characterizations and biological analyses, we conducted several case studies, characterizing aerosols and NP samples. Exposure to aged brake wear dust engenders a risk of potential deleterious health effects in occupational scenarios. We performed microscopy and elemental analyses, as well as ROS measurements, with acellular and cellular DCFH assays. TEM images revealed samples to be heterogeneous mixtures with few particles in the nano-scale. Metallic and non-metallic elements were identified, primarily iron, carbon and oxygen. Moderate amounts of ROS were detected in the cell-free fluorescent tests; however, exposed cells were not dramatically activated. In addition to their highly aged state due to oxidation, the reason aged brake wear samples caused less oxidative stress than fresh brake wear samples may be because of their larger size and thus smaller relative reactive surface area. Other case studies involving welding fumes and differently charged NPs confirmed the performance of our DCFH assay and found ROS generation linked to varying characteristics, especially the surface functionality of the samples. Les nanomatériaux manufacturés (ENM) présentent des propriétés physico-chimiques particulières et ont donc trouvés des applications dans un nombre croissant de secteurs, permettant de réaliser des produits ayant des propriétés améliorées. Leur utilisation accrue engendre un plus grand risque pour les êtres humains d'être exposés à des nanoparticules (NP) qui sont libérées au long de leur cycle de vie. En conséquence, la nanotoxicologie a émergé et gagné de plus en plus d'attention dû à la nécessité de recueillir les renseignements nécessaires sur l'exposition et les risques associés à ces nouveaux matériaux. Cependant, les études actuelles sur la nanotoxicité ont tendance à se concentrer sur les ENM et utiliser ces résultats toxicologiques pour généraliser l'évaluation des risques sur l'exposition humaine aux NP. Les ENM libérés dans l'environnement peuvent interagir avec l'environnement, changeant leurs caractéristiques, et montrer des effets de toxicité distincts par rapport aux ENM originaux. Par ailleurs, la grande surface des NP fournit une grande interface avec l'extérieur, favorisant les interactions entre les NP et les autres espèces présentes. Dans ce processus, d'autres espèces peuvent s'attacher à la surface des NP et modifier leur fonctionnalité de surface ainsi que leur toxicité. Un scénario d'exposition professionnel particulier implique à la fois des NP et des composés organiques peu volatils (LVOC), un type commun de polluant associé à de nombreuses sources de NP. Les LVOC peuvent se déposer sur la surface des NP et donc dominer la toxicité globale de la particule. Un mécanisme important en nanotoxicologie est la création d'espèces réactives d'oxygène (ROS) sur la surface des particules, et les LVOC peuvent modifier cette production de ROS. En résumé, la recherche en nanotoxicité ne devrait pas être limitée à la toxicité des ENM originaux, ni utiliser leur toxicité pour évaluer les effets sur la santé de l'exposition aux NP de l'environnement; mais les interactions que les NP ont avec d'autres espèces environnementales doivent être envisagées et étudiées. Les effets possibles sur la santé de l'exposition aux NP devraient être dérivés de ces NP aux caractéristiques modifiées et à la toxicité distincte. L'utilisation de résultats de toxicité inappropriés peut conduire à une mauvaise prise en charge de l'exposition aux NP, de détériorer l'environnement et la santé publique et d'entraver le développement durable des industries de la nanotechnologie dans leur ensemble. L'objectif principal de cette thèse est de démontrer le processus de déposition des LVOC sur la surface des NP en utilisant un environnement de laboratoire bien contrôlé et d'explorer les conséquences du changement de toxicité des particules sur leur capacité à générer des ROS. Le système de déposition dynamique développé a abouti à des performances de revêtement stables et reproductibles, en simulant des scénarios réalistes importants. Des changements clairs dans la distribution de taille des NP en suspension ont été observés par spectrométrie de mobilité électrique des particules, confirmé à la fois par la méthode dite liquid nanotracking analysis et par microscopie électronique à transmission (MET), et a été vérifié comme provenant du revêtement par LVOC. La correspondance entre l'épaisseur de revêtement et la quantité de matériau de revêtement disponible a été démontré et a pu être contrôlé par les paramètres du générateur de LVOC. La génération de ROS dû aux NP d'argent (Ag NP) a été diminuée par un revêtement passif de paraffine inerte bloquant les zones réactives à la surface des particules. Au contraire, le revêtement actif d'anthraquinone réduit a contribué aux réactions redox et a généré des ROS, même lorsque la production de ROS par oxydation des Ag NP avec l'oxygène a été désactivé. Les objectifs associés comprennent le développement de la méthodologie et des études de cas spécifique aux ROS. Etant donné que la capacité des NP à générer des ROS contribue grandement à la nanotoxicité, nous avons tenté de définir un standard pour l'utilisation de 27- dichlorodihydrofluorescine (DCFH) adapté pour caractériser la génération de ROS par les NP. Des etudes antérieures ont rapporté une grande variété de résultats différents, ce qui était dû à un contrôle insuffisant des plusieurs facteurs. Nous avons donc comparé les produits chimiques et les concentrations utilisés, exploré les moyens de dispersion des échantillons HP en solution liquide, investigué les sources de conflits identifiées dans les littératures et étudié les moyens de réduire les résultats artificiels. De très bon résultats ont été obtenus par sonication d'une quantité optimale d'échantillons de NP en solution dans du DCFH-HRP, fait de 5 nM de DCFH et de 0,5 unité/ml de Peroxydase de raifort (HRP). Notre étude a démontré que les principales raisons causant les conflits entre les études précédemment conduites dans la littérature étaient dues aux différentes approches expérimentales et à des artefacts potentiels dus à des concentrations élevées de NP dans les échantillons. Utilisant notre protocole DCFH avancé avec d'autres caractérisations physico-chimiques et analyses biologiques, nous avons mené plusieurs études de cas, caractérisant les échantillons d'aérosols et les NP. La vielle poussière de frein en particulier présente un risque élevé d'exposition dans les scénarios professionnels, avec des effets potentiels néfastes sur la santé. Nous avons effectué des analyses d'éléments et de microscopie ainsi que la mesure de ROS avec DCFH cellulaire et acellulaire. Les résultats de MET ont révélé que les échantillons se présentent sous la forme de mélanges de particules hétérogènes, desquels une faible proportion se trouve dans l'échelle nano. Des éléments métalliques et non métalliques ont été identifiés, principalement du fer, du carbone et de l'oxygène. Une quantité modérée de ROS a été détectée dans le test fluorescent acellulaire; cependant les cellules exposées n'ont pas été très fortement activées. La raison pour laquelle les échantillons de vielle poussière de frein causent un stress oxydatif inférieur par rapport à la poussière de frein nouvelle peut-être à cause de leur plus grande taille engendrant une surface réactive proportionnellement plus petite, ainsi que leur état d'oxydation avancé diminuant la réactivité. D'autres études de cas sur les fumées de soudage et sur des NP différemment chargées ont confirmé la performance de notre test DCFH et ont trouvé que la génération de ROS est liée à certaines caractéristiques, notamment la fonctionnalité de surface des échantillons.

Combined CSL and p53 downregulation promotes cancer-associated fibroblast activation.

Stromal fibroblast senescence has been linked to ageing-associated cancer risk. However, density and proliferation of cancer-associated fibroblasts (CAFs) are frequently increased. Loss or downmodulation of the Notch effector CSL (also known as RBP-Jκ) in dermal fibroblasts is sufficient for CAF activation and ensuing keratinocyte-derived tumours. We report that CSL silencing induces senescence of primary fibroblasts from dermis, oral mucosa, breast and lung. CSL functions in these cells as a direct repressor of multiple senescence- and CAF-effector genes. It also physically interacts with p53, repressing its activity. CSL is downmodulated in stromal fibroblasts of premalignant skin actinic keratosis lesions and squamous cell carcinomas, whereas p53 expression and function are downmodulated only in the latter, with paracrine FGF signalling as the probable culprit. Concomitant loss of CSL and p53 overcomes fibroblast senescence, enhances expression of CAF effectors and promotes stromal and cancer cell expansion. The findings support a CAF activation-stromal co-evolution model under convergent CSL-p53 control.

A multistep process of cancer associated fibroblasts determination under CSL-p53 control

Stromal fibroblast senescence has been linked to the aging-associated increase of tumors. However, in epithelial cancer, density and proliferation of cancer associated fibroblasts (CAF) are frequently increased, rather than decreased. We previously showed that genetic deletion or down-modulation of the canonical Notch effector CSL/RBP-JK in dermal fibroblasts is sufficient for CAF activation with consequent development of keratinocyte-derived tumors. We show here that CSL silencing induces senescence of primary fibroblasts from dermis, oral mucosa, breast and lung. CSL functions in these cells as direct repressor of multiple senescence- and CAF-effector genes. It also physically interacts with p53, repressing its activity. CSL is down-modulated in stromal fibroblasts of premalignant skin actinic keratosis lesions and squamous cell carcinomas (SCC), while p53 gene expression and function is down-modulated only in the latter, with paracrine influences of incipient cancer cells as a likely culprit. Concomitant loss of CSL and p53 overcomes fibroblast senescence, enhances CAF effector gene expression and promotes stromal and cancer cell expansion. The findings support a CAF activation/stromal co-evolution model under convergent CSL/p53 control of likely clinical relevance.

Biodegradable nanoparticles obtained from zein as a drug delivery system for terpinen-4-ol

Biodegradable nanoparticles (NPs) have received considerable attention because of their possible use in the development of strategies for the topical delivery of oils and therapeutic drugs, particularly when drug penetration in dermis is desired. Zein is a prolamine and is a promising material for the design of drug delivery systems. In this study, NPs were prepared with zein and were used to encapsulate and release terpinen-4-ol, which is a therapeutic agent for the treatment of melanoma. The results show that the zein NPs are promising nanostructured systems for the prolonged delivery of T4OL with potential applications in anti-melanoma therapy.

Evolution of Bordetella pertussis post vaccination

Evolution of Bordetella pertussis post vaccination Whooping cough or pertussis is caused by the gram-negative bacterium Bordetella pertussis. It is a highly contiguous disease in the human respiratory tract. Characteristic of pertussis is a paroxysmal cough with whooping sound during gasps of breath after coughing episodes. It is potentially fatal to unvaccinated infants. The best approach to fight pertussis is to vaccinate. Vaccinations against pertussis have been available from the 1940s. Traditionally vaccines were whole-cell pertussis (wP) preparations as part of the combined diphtheria-tetanus-pertussis (DTP) vaccines. More recently acellular pertussis (aP) vaccines have replaced the wP vaccines in many countries. The aP vaccines are less reactogenic and can also be administered to school children and adults. There are several publications reporting variation in the i>B. pertussis virulence factors that are also aP vaccine antigens. This has occurred in the genes coding for pertussis toxin and pertactin about 15 to 30 years after the introduction of pertussis vaccines to immunisation programs. Resurgence of pertussis has also been reported in many countries with high vaccination coverage. In this study the evolution of B. pertussis was investigated in Finland, the United Kingdom, Poland, Serbia, China, Senegal and Kenya. These represent countries with a long history of high vaccination coverage with stable vaccines or changes in the vaccine formulation; countries which established high vaccination coverage late; and countries where vaccinations against pertussis were started late. With bacterial cytotoxicity and cytokine measurements, comparative genomic hybridisation, pulsed-field gel electrophoresis (PFGE), genotyping and serotyping it was found that changes in the vaccine composition can postpone the emergence of antigenic variants. It seems that the change in PFGE profiles and the loss of genetic material in the genome of B. pertussis are similar in most countries and the vaccine-induced immunity is selecting non-vaccine type strains. However, the differences in the formulation of the vaccines, the vaccination programs and in the coverage of pertussis vaccination have affected the speed and timing of these changes.

Digital dermatitis of the accessory digits of dairy cows

This report characterizes the digital dermatitis (DD) lesions in the accessory digits of dairy cows and presents data on the applied therapy. Fifteen Holstein cattle with DD affecting the accessory digits of the hindlimbs from four dairy farms with previous history of DD were evaluated. Lesions were excised, the wounds were sutured, and a topical application of oxytetracycline powder covered by bandaging was associated with a single parenteral administration of long acting oxytetracycline IM (20mg/kg). Tissue samples were obtained for histopathology and transmission electronic microscopy (TEM). Lesions from all the animals were recuperated 15 days after surgical procedure. Overal, most DD lesions were papillomatous epidermal projections or wartlike verrucous lesions. Histopathologically, samples revealed hyperplasia of epidermis with hyperkeratosis, several mitoses in the stratum basale and elongated rete ridges in the superficial and middle dermis. TEM revealed long, thin spirochete-like bacteria. Morphologic features of lesions and its response to therapy were comparable to those described for DD.

Histopathology of dairy cows' hooves with signs of naturally acquired laminitis

The purpose of this study was to investigate histological changes in dairy cows' hooves with or without injuries from naturally acquired laminitis. Cull cows with no clinical signs of hoof abnormalities (G1, n=9) and those with macroscopic lesions associated with laminitis without (G2, n=23) or with lameness (G3, n=7) were used in the study. After slaughter, samples of dermo-epidermal junctions of sole, axial and dorsal regions of the hoof were obtained and histologically processed using HE and PAS staining. Congestion, hemorrhage and inflammatory infiltrate in the dermis of sole, axial and dorsal regions were blindly and semiquantitatively evaluated by the same researcher. Inflammatory infiltrate was evaluated in the dermal laminae of axial and dorsal regions. The morphology of epidermal cells and the presence of irregularities in three regions of the basement membrane (BM) length were examined using PAS staining. Scores of lesions in different regions of the hoof in the same group and in different groups for each region of the hoof were compared using non-parametric analyses. Inflammatory infiltrate in the dermis of all regions of the hoof was detected in all groups with no significant statistical difference. Cows with no clinical signs of hoof abnormalities secondary to laminitis (G1) have inflammation scores and epidermal cell changes similar to those of groups with laminitis injuries, suggesting the existence of a prodromal phase for this disease in bovines. BM had irregularities with a variable intensity along its length, however, with no difference among groups. The pattern of BM irregularities found has not been reported so far and does not resemble the BM collapse described in horses and cattle with induced acute laminitis. Is it concluded that even in the absence of macroscopic hoof signs associated to laminitis, dairy cows have histological injuries compatible with inflammation of the dermo-epidermal junction as in affected animals. Basement membrane of cows with or without laminitis associated lesions had irregularities with an irregular distribution along its length which need to be further studied.

Hematological and histopathological evaluation of wildlife green turtles (Chelonia mydas) with and without fibropapilloma from the north coast of São Paulo State, Brazil

Blood profiles were determined in 47 juvenile green turtles, Chelonia mydas, from São Paulo northern coast, Brazil. Twenty-nine were affected by fibropapillomas and 18 were tumor free. Complete gross and histopathologic examinations of the fibropapillo were performed in 21 green turtles. Biometrical data, size, location and amount of tumors were recorded. The papillomas varied in morphology, location, size, color and texture. We found hyperplastic stroma, rich in blood vessels and connective tissue with increase in thickness of the dermis. The tumors w0ere classified as papillomas or fibropapillomas according to their epithelial and/or stromal proliferation. The lowest Mean Corpuscular Hemoglobin (HCM) values were observed in affected turtles.

Structural, functional and immunological studies on a polymeric bacterial protein

The characterization of proteins from Brucella spp, the causative agent of brucellosis, has been the subject of intensive research. We have described an 18-kDa cytoplasmic protein of Brucella abortus and shown the potential usefulness of this protein as an antigen for the serologic diagnosis of brucellosis. The amino acid sequence of the protein showed a low but significant homology with that of lumazine synthases. Lumazine is an intermediate product in bacterial riboflavin biosynthesis. The recombinant form of the 18-kDa protein (expressed in E. coli) folds like the native Brucella protein and has lumazine-synthase enzymatic activity. Three-dimensional analysis by X-ray crystallography of the homolog Bacillus subtilis lumazine synthase has revealed that the enzyme forms an icosahedral capsid. Recombinant lumazine synthase from B. abortus was crystallized, diffracted X rays to 2.7-Å resolution at room temperature, and the structure successfully solved by molecular replacement procedures. The macromolecular assembly of the enzyme differs from that of the enzyme from B. subtilis. The Brucella enzyme remains pentameric (90 kDa) in its crystallographic form. Nonetheless, the active sites of the two enzymes are virtually identical at the structural level, indicating that inhibitors of these enzymes could be viable pharmaceuticals across a broad species range. We describe the structural reasons for the differences in their quaternary arrangement and also discuss the potential use of this protein as a target for the development of acellular vaccines.

The Shiga toxin 2 B subunit inhibits net fluid absorption in human colon and elicits fluid accumulation in rat colon loops

Shiga toxin (Stx)-producing Escherichia coli (STEC) colonizes the large intestine causing a spectrum of disorders, including watery diarrhea, bloody diarrhea (hemorrhagic colitis), and hemolytic-uremic syndrome. It is estimated that hemolytic-uremic syndrome is the most common cause of acute renal failure in infants in Argentina. Stx is a multimeric toxin composed of one A subunit and five B subunits. In this study we demonstrate that the Stx2 B subunit inhibits the water absorption (Jw) across the human and rat colonic mucosa without altering the electrical parameters measured as transepithelial potential difference and short circuit current. The time-course Jw inhibition by 400 ng/ml purified Stx2 B subunit was similar to that obtained using 12 ng/ml Stx2 holotoxin suggesting that both, A and B subunits of Stx2 contributed to inhibit the Jw. Moreover, non-hemorrhagic fluid accumulation was observed in rat colon loops after 16 h of treatment with 3 and 30 ng/ml Stx2 B subunit. These changes indicate that Stx2 B subunit induces fluid accumulation independently of A subunit activity by altering the usual balance of intestinal absorption and secretion toward net secretion. In conclusion, our results suggest that the Stx2 B subunit, which is non-toxic for Vero cells, may contribute to the watery diarrhea observed in STEC infection. Further studies will be necessary to determine whether the toxicity of Stx2 B subunit may have pathogenic consequences when it is used as a component in an acellular STEC vaccine or as a vector in cancer vaccines.

Skin morphology of the mutant hairless USP mouse

The morphology of the skin of the mutant hairless USP mouse was studied by histological, histochemical and immunohistochemical methods and compared to the skin of BALB/c mice. Representative sections of the dorsal skin from mice of both strains aged 18 days, and 1, 3, 6, and 8 months were studied. Sections stained with hematoxylin and eosin showed cystic formations called utricles and dermal cysts in the dermis that increased in size and number during growth. Skin thickness increased significantly at 8 months. Sections stained with picrosirius and examined with polarized light, displayed different colors, suggesting different thicknesses of dermal collagen fibers (probably types I and III). Weigert, Verhoeff and resorcin-fuchsin stains revealed fibers of the elastic system. The PAS and Alcian blue methods revealed neutral and acid glycosaminoglycans in the skin ground substance of both mouse strains. Immunohistochemical staining for fibronectin and laminin did not show differences between the mutant and BALB/c mice. Mast cells stained by the Gomori method and macrophages positive for HAM 56 antibodies were observed in both mouse strains. Except for the presence of enlarged cysts in the hairless strain, no qualitative differences were found during development of the skin of BALB/c and the mutant hairless mice.

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.

Écologie de la besnoitiose chez les populations de caribous (Rangifer tarandus) des régions subarctiques

Bien que les infections à Besnoitia tarandi sont documentées chez l’espèce Rangifer sp. depuis 1922, les données récoltées sur l’écologie et la distribution de cette parasitose demeurent rares. Les objectifs de cette étude ont donc été (i) d’identifier le meilleur tissu à échantillonner pour détecter les infections à Besnoitia tarandi dans les populations de caribous, (ii) de calculer la sensibilité et la spécificité de l’examen visuel comparativement à l’examen microscopique et (iii) d’identifier les facteurs de risques intrinsèques et extrinsèques associés à cette parasitose afin (iv) de comparer la prévalence et la densité des kystes parasitaires entre certains troupeaux. Nos résultats suggèrent que l'examen microscopique du derme superficiel d’une section de peau provenant du tiers moyen antérieur du métatarse devrait être privilégié pour dépister les infections par B. tarandi et en évaluer l'intensité. L’examen microscopique est également un outil très sensible comparativement à l’examen visuel des kystes parasitaires. Besnoitia tarandi, qui semble être absent du Groenland, a été observé dans environ un tiers des caribous nord-américains. Une variation saisonnière de prévalence et d'intensité de B. tarandi a été détectée; le parasite étant plus abondant chez cet hôte intermédiaire durant la période de l'automne/hiver comparativement à celle du printemps/été. Cet effet saisonnier pourrait être associé à une augmentation de l'abondance du parasite suite à la saison des insectes (i.e. été), supportant ainsi le rôle présumé des arthropodes piqueurs comme vecteurs de la maladie. Cette différence saisonnière pourrait aussi être expliquée par la diminution de la charge parasitaire par le système immunitaire et/ou par un taux de survie inférieur des animaux les plus parasités durant la saison froide. Les niveaux d'infection étaient légèrement plus élevés chez les mâles que chez les femelles, ce qui suggère soit une diminution du taux de mortalité, soit une exposition accrue ou une plus grande susceptibilité au parasite des mâles en comparaison aux femelles. La densité d’infection supérieure dans le troupeau Rivière-aux-Feuilles (Nunavik) suggère des niveaux d'exposition au parasite plus élevés et/ou une diminution des niveaux de résistance de ces caribous à ce protozoaire. Les résultats de cette étude démontrent que B. tarandi peut réduire les chances de survie des caribous infectés. Il sera donc important de continuer à surveiller les infections à B. tarandi surtout en cette période de changements climatiques.

The role of Microsomal prostaglandin synthase-1 (mPGES-1) and Ephrin B2 in Scleroderma

La sclérodermie (sclérose systémique, ScS) est une maladie auto-immune du tissu conjonctif caractérisée  par  l’épaississement  de  la  peau,  l’apparition  spontanée de lésions cicatricielles, des maladies   des   vaisseaux   sanguins,   divers   degrés   d’inflammation,   en   association   avec   un   système   immunitaire hyperactif. La pathogénèse exacte de cette maladie est inconnue et aucun traitement approprié   n’est   disponible.   La fibrose est un élément distinctif de la maladie de ScS et est considérée   résulter   d’une   incapacité   à   mettre   fin   de   façon   appropriée   à   la   réponse   normale   de   réparation   des   plaies.   L’analyse   histologique   du   stade   initial   de   la   ScS   révèle   une   infiltration   périvasculaire de cellules mononucléaires dans le derme, associée à une synthèse accrue de collagène dans les fibroblastes environnants. Ainsi, la compréhension des moyens de contrôler le stade inflammatoire de la ScS pourrait être bénéfique pour contrôler la progression de la maladie peu après son apparition. La mPGES-1 est une enzyme inductible qui agit en aval de la cyclo- oxygénase (COX) pour catalyser spécifiquement la conversion de la prostaglandine (PG) H2 en PGE2. La mPGES-1  joue  un  rôle  clé  dans  l’inflammation,  la  douleur  et  l’arthrite;;  toutefois,  le   rôle de la mPGES-1 dans les mécanismes de fibrose, spécifiquement en rapport avec la ScS humaine, est inconnu. Mon laboratoire a précédemment montré que les souris à mPGES-1 nulle sont résistantes à la fibrose   cutanée   induite   par   la   bléomycine,   à   l’inflammation,   à   l’épaississement  cutané,  à  la  production  de  collagène  et  à  la  formation  de  myofibroblastes.  Sur  la   base  de  ces  résultats,  j’ai  formulé  l’hypothèse  que  l’inhibition pharmacologique de la mPGES-1 régulera à la baisse la production de médiateurs pro-inflammatoires et pro-fibreux au cours de la maladie   de   ScS.   Afin   d’explorer   le   rôle   de   la   mPGES-1   dans   l’inflammation   et   la   fibrose   associées  à  la  maladie  de  ScS,  j’ai  d’abord  examiné  l’expression  de  la  mPGES-1 dans la peau normale comparativement à des biopsies de peau extraites de patients atteints de ScS. Mes résultats ont montré que la mPGES-1 est nettement élevée dans la peau de patients atteints de ScS en comparaison avec la peau humaine normale. De plus, les niveaux de PGE2 dérivés de la mPGES-1 étaient également significativement plus élevés dans les fibroblastes cutanés isolés de patients  atteints  de  ScS  comparativement  aux  fibroblastes  isolés  de  témoins  sains.  J’ai  également   étudié  l’effet  de  l’inhibition pharmacologique de la mPGES-1  sur  l’expression  de  marqueurs  pro- fibreux.   Mes   études   ont   montré   que   l’expression   de   médiateurs   pro-fibreux clés (α-SMA, endothéline-1, collagène de type 1 et facteur de croissance du tissu conjonctif (FCTC)) est élevée dans les fibroblastes cutanés ScS en comparaison avec les fibroblastes cutanés normaux. Un traitement avec un inhibiteur de la mPGES-1 a eu pour effet de réduire significativement l’expression  de  l’α-SMA,  de  l’endothéline-1, du collagène de type 1 mais pas du FCTC dans les fibroblastes  ScS,  sans  effet  significatif  sur  les  fibroblastes  normaux.  J’ai  en  outre  examiné  l’effet   de  l’inhibition  de  la  mPGES-1 sur des cytokines pro-inflammatoires clés impliquées dans la pathologie de la ScS, incluant IL-6, IL-8 et MCP-1.  L’inhibition  pharmacologique  de  la  mPGES- 1 a eu pour effet de réduire significativement les niveaux de production de cytokines pro- inflammatoires IL6, IL8 et MCP-1 dans les fibroblastes avec lésion ScS comparativement à des fibroblastes non traités. De plus, les patients atteints de ScS ont présenté des niveaux plus élevés de p-AKT, de p-FAK et de p-SMAD3 en comparaison avec les fibroblastes cutanés normaux. L’inhibiteur  de  la  mPGES-1 a pu réguler à la baisse cette expression accrue de p-AKT et de p- FAK, mais pas de p-SMAD3,  dans  les  fibroblastes  ScS.  Ces  résultats  ont  suggéré  que  l’inhibition   de la mPGES-1 pourrait être une méthode viable pour réduire le développement de sclérose cutanée et constituent une cible thérapeutique potentielle pour contrôler les mécanismes fibreux et inflammatoires associés à la pathophysiologie de la maladie de ScS. L’un   des   autres   processus   critiques   reliés   à   l’évolution de la réponse fibreuse associée à la maladie de ScS est la différenciation des fibroblastes en des cellules activées spécialisées iii iv appelées myofibroblastes, responsables de déclencher une signalisation adhésive excessive et le dépôt excessif de matrice extracellulaire,   conduisant   à   la   destruction   de   l’architecture   de   l’organe.   Ainsi,   l’identification   des   facteurs   endogènes   qui   initient/   favorisent   la   différenciation   fibroblaste-myofibroblaste peut mener à des stratégies thérapeutiques prometteuses pour contrôler  l’excès  de  signalisation  adhésive  et  de  fibrose  associé  à  la  maladie  de  ScS.  Des  études   antérieures  dans  le  domaine  de  la  biologie  du  cancer  ont  suggéré  que  l’éphrine  B2,  une  protéine   transmembranaire appartenant à la famille des éphrines, est impliquée dans la signalisation adhésive   et   le   remodelage   extracellulaire.   Cependant,   son   rôle   dans   la   fibrose   n’a   jamais   été   exploré.   Dans   la   deuxième   partie   de   mon   étude,   j’ai   donc   étudié   le   rôle   de   l’éphrine   B2   dans   la   fibrose.   Mes   études   montrent   que   l’expression   de   l’éphrine   B2   est   significativement   augmentée   dans la peau humaine ScS comparativement à la peau normale. Plus important encore, le traitement in vitro de   fibroblastes   de   la   peau   humaine   normale   avec   de   l’éphrine   B2   recombinante est capable de transformer des fibroblastes en cellules myofibroblastiques manifestant toutes les caractéristiques myofibroblastiques typiques, incluant la formation accrue de  fibres  de  tension,  des  adhérences  focales,  l’activation  accrue  de  la  FAK,  un  accroissement  de   l’expression  et  de  la  migration  de  fibroblastes  et  de  leur  adhérence  à  la  fibronectine  à  la  fois  chez   les   fibroblastes   cutanés   normaux   et   ScS.   En   outre,   j’ai   traité   des   souris   avec   de   l’éphrine   B2   recombinante et montré que ces souris ont développé une fibrose cutanée significative associée à une épaisseur dermique et à une synthèse de collagène augmentées, une teneur en hydroxyproline (teneur en collagène) accrue et un nombre accru de myofibroblastes exprimant de   l’α-SMA, une activation augmentée de la FAK et de marqueurs pro-fibreux incluant le collagène de type 1 et le FCTC. Dans  l’ensemble,  mes  études  ont  identifié  deux  médiateurs  endogènes  cruciaux  impliqués  dans  la   propagation  de  l’inflammation  et  de  la  fibrose  associées  à  la  maladie  de  ScS.  L’inhibition  de  la   mPGES-1   pourrait   représenter   une   bonne   stratégie   alternative   pour   contrer   l’inflammation   et   la   fibrose au moins durant les stades précoces de la maladie de ScS. De plus, une signalisation excessive   de   l’éphrine B2 favorise la signalisation adhésive et fibreuse en déclenchant la différenciation   de   fibroblastes   en   myofibroblastes   par   l’activation   de   la   voie   de   signalisation   de   la  FAK.  Ainsi,  l’inhibition  d’éphrine  B2  bloquera  la  formation  de  fibroblastes-myofibroblastes et régulera à la baisse la fibrose associée à la maladie de ScS. En somme, la mPGES-1  et  l’éphrine   B2 semblent toutes deux des cibles attrayantes pour le traitement de la ScS et des troubles fibreux qui y sont reliés.