Immunological mechanisms underlying infectious and chronic lung diseases

Le système respiratoire permet l'échange de gaz entre un organisme et son environnement. Pour fonctionner efficacement, il doit lutter contre les infections tout en maintenant une tolérance aux particules inoffensives. Les cytokines sont des petites protéines qui permettent la communication entre les différentes cellules et jouent un rôle important dans la régulation de l'homéostasie et de l'immunité des surfaces pulmonaires. Une production altérée des cytokines sous-tend beaucoup de maladies du système pulmonaire. Ainsi, la compréhension de la biologie fondamentale des cytokines pourrait contribuer à la mise au point de nouveaux traitements. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié le rôle de deux cytokines, le TSLP (Thymic stromal lymphopoietin) et l'IL-17 (Interleukin 17) dans les réponses immunitaires bénéfiques et nuisibles en utilisant des modèles précliniques de souris des maladies pulmonaires. L'asthme est une maladie qui est caractérisée par la bronchoconstriction réversible, l'inflammation des voies respiratoires inférieures, l'hyperréactivité bronchique et le remodelage tissulaire. Le type d'inflammation affectant les voies respiratoires et la présence ou non d'allergie permettent d'établir les différents types d'asthme. La TSLP est une cytokine qui est principalement exprimée à des niveaux élevés dans les poumons de patients souffrant d'asthme allergique. En conséquence, la majeure partie de la recherche sur la TSLP a mis l'accent sur le rôle joué par celle- ci dans les réponses négatives conduisant au développement de l'asthme allergique. Dans cette thèse, nous montrons que la TSLP joue aussi un rôle bénéfique dans les réponses immunitaires pulmonaires. Nous avons découvert que la TSLP atténue la grippe en augmentant les réponses des lymphocytes T cytotoxiques contre le virus. Nous avons également étudié la fonction de la TSLP dans l'asthme non allergique. Contrairement à l'asthme allergique, nous avons constaté que la TSLP diminue les réponses inflammatoires dans l'asthme non allergique en réglant la production de l'IL-17, une cytokine qui favorise la maladie. Ainsi, nous démontrons les fonctions pleiotropes de la TSLP dans des contextes spécifiques de la maladie. Nos résultats ont des implications importantes pour le développement de thérapies ciblant la TSLP dans l'asthme. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié les mécanismes pathogéniques qui sous-tendent le développement de la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO). La BPCO est une maladie chronique le plus largement associée aux fumeurs. Elle est caractérisée par une limitation progressive et irréversible du débit d'air et la destruction de la structure des poumons. L'augmentation globale de l'incidence de la maladie encourage grandement la compréhension des mécanismes pathogéniques et l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques. Nous avons découvert que les micro-organismes trouvés dans les voies respiratoires aggravent la maladie en augmentant la production de l'IL-17. L'IL-17 est une cytokine inflammatoire qui est impliquée dans plusieurs maladies pulmonaires chroniques, dont la BPCO. Dans notre modèle animal de la maladie, nous avons neutralisé 1ÌL-17A en utilisant un anticorps spécifique et observé une reprise de la fonction pulmonaire. Dans cette étude, nous avons identifié 2 axes potentiels pour l'intervention thérapeutique contre la BPCO. Cibler les bactéries dans les voies respiratoires soit par l'utilisation d'antibiotiques ou l'utilisation de thérapies à base immunitaire qui antagonisent l'activité spécifiques de l'IL-17. Dans l'avenir, notre laboratoire va collaborer avec des cliniciens pour acquérir des échantillons humains et tester la pertinence de nos résultats dans la maladie humaine. -- L'interaction avec l'environnement extérieur est vitale pour le fonctionnement du système respiratoire. Par conséquent, ce dernier a adopté une multitude de réseaux effecteurs et régulateurs qui permettent de distinguer les particules inhalées comme «dangereuses» ou «inoffensives» et de réagir en conséquence. L'équilibre entre ces réseaux est essentielle pour lutter contre le «danger» déclenché par une infection ou des dommages, et finalement pour le retour à l'homéostasie. Le milieu de cytokine local contribue de manière significative à la mise au point de ces réponses. Ainsi, la caractérisation du rôle des cytokines dans l'état d'équilibre et la maladie a des implications claires pour les interventions thérapeutiques dans les maladies respiratoires aiguës et chroniques. Cette thèse a porté sur le rôle des cytokines, la lymphopoïétine stromale thymique (TSLP) et TIL-17A dans l'élaboration de réponses immunitaires pulmonaires. La TSLP est principalement produite par les cellules épithéliales et peut cibler une myriade de cellules immunitaires. Bien qu'elle ait été montrée être un puissant inducteur des réponses de type Th2, son rôle dans d'autres contextes inflammatoires est relativement inexploré. Dans le premier projet de cette thèse, nous avons découvert une nouvelle fonction de la TSLP dans l'immunité antivirale contre la grippe, une infection virale. Nous avons constaté que la TSLP a réglementé la réponse neutrophile au début de l'infection, en amplifiant l'immunité adaptative spécifique du virus. Mécaniquement, la TSLP a augmenté l'expression de l'IL-15 et du CD70 sur les cellules dendritiques recrutées dans les poumons suite à l'infection et a renforcé leur capacité de stimuler localement les lymphocytes T CD8+ spécifiques du virus. En outre, nous avons étudié la TSLP dans le cadre de divers phénotypes de l'asthme et également démontré l'impact pléiotropique qu'elle a sur les réponses immunitaires pulmonaires. En accord avec les rapports précédents, nous avons constaté que la TSLP a exacerbé l'inflammation atopique médiée par le Th2. En revanche la TSLP a réduit les réponses de l'IL-17A et l'inflammation neutrophile subséquente dans le modèle non atopique, ainsi que l'exacerbation du modèle atopique provoqué par une infection virale. Nos résultats démontrent une dichotomie dans le rôle de la TSLP dans la pathogenèse de l'asthme et soulignent la nécessité d'envisager plusieurs phénotypes d'asthme pour une évaluation approfondie de son potentiel thérapeutique dans cette maladie. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons caractérisé les mécanismes pathogènes qui sous-tendent la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO). La BPCO est une maladie hétérogène définie par une diminution progressive de la fonction pulmonaire. Bien que des déclencheurs environnementaux puissent aggraver la maladie, chez les personnes sensibles une maladie établie peut progresser à travers un cercle inflammatoire auto-entretenu. Nous avons cherché à définir les mécanismes sous-jacents à l'aide d'un modèle murin d'inflammation chronique, qui reproduit les caractéristiques pathologiques de la maladie humaine. Puisqu'ont été associés à la BPCO sévère des changements dans le microbiome des voies respiratoires, nous avons supposé que les signaux dérivés de certains microbes pourraient favoriser des voies inflammatoires chroniques de progression de la maladie. Nous avons observé que, en l'absence d un microbiome, la maladie s'est améliorée tel que démontré par une réduction de l'inflammation des voies respiratoires et une amélioration de la fonction pulmonaire. Cela a été lié spécifiquement à une production réduite d'IL-17A, une cytokine qui a été impliquée dans la maladie humaine. De plus la cinétique de production de 1IL- 17A dépendant du microbiote est corrélé à la sévérité de la maladie. Sur la base de ces données, la neutralisation de l'IL-17A a également eu un effet bénéfique sur l'évolution de la maladie. Le rôle significatif de 1TL-17A dans l'aggravation de la maladie a été couplé à sa capacité à engager un dialogue entre les voies inflammatoires innées et adaptatives. Il a influencé le recrutement et le phénotype des neutrophiles et des macrophages, ce qui a eu un impact direct et indirect sur la formation et la fonction des tissus lymphoïdes tertiaires associée à des stades sévères de la maladie. -- The interaction with the external environment is vital for the functioning of the respiratory system. Consequently, it has adopted a multitude of effector and regulatory networks that enable it to distinguish inhaled particles as 'dangerous' or 'innocuous' and respond accordingly. The balance between these networks is crucial to counteract the 'danger' triggered by infection or damage, and ultimately return to homeostasis. The local cytokine milieu contributes significantly to the fine- tuning of these responses. Thus, characterizing the role of cytokines in steady state and disease has clear implications for therapeutic interventions in acute and chronic respiratory disorders. This thesis focused on the role of the cytokines, thymic stromal lymphopoietin (TSLP) and IL-17A in shaping pulmonary immune responses. TSLP is primarily produced by barrier epithelial cells and can target a myriad of immune cells. Although it has been shown to be potent inducer of Th2 type responses, its role in other inflammatory settings is relatively unexplored. In the first project of this thesis, we discovered a novel function of TSLP in antiviral immunity to Influenza A infection. We found that while TSLP regulated the early neutrophilic response to infection, it amplified virus specific adaptive immunity. Mechanistically, TSLP enhanced the expression of IL-15 and CD70 on the lung recruited inflammatory dendritic cells and strengthened their ability to stimulate virus specific CD8+ T cell responses locally. In addition we investigated TSLP in the context of diverse asthma phenotypes and further demonstrated the pleiotropic impact it has on pulmonary immune responses. In concurrence with previous reports we found that TSLP exacerbated Th2 mediated atopic inflammation. In contrast TSLP curtailed IL-17A responses and subsequent neutrophilic inflammation in the non-atopic model as well as virus induced exacerbation of the atopic model. Our findings demonstrate a dichotomy in the role of TSLP in asthma pathogenesis and emphasize the need to consider multiple asthma phenotypes for a thorough evaluation of its therapeutic potential in this disease. In the next part of this thesis we characterized the pathogenic mechanisms underlying chronic obstructive pulmonary disease. COPD is a heterogeneous disease defined by a progressive decline in lung function. Although environmental triggers exacerbate the disease, in susceptible individuals the established disease can progress through a self-sustained inflammatory circle. We sought to delineate the underlying mechanisms by using a murine model of chronic inflammation, which reproduced key pathological features of the human disease. As changes in the airway microbiome have been linked to severe COPD, we speculated that microbial derived signals could facilitate the establishment of chronic inflammatory pathways that favour disease progression. We found that the absence of a microbiota ameliorated disease, exhibited by a reduction in airway inflammation and an improvement in lung function. This was linked specifically to an impaired production of IL-17A, a cytokine that has been implicated in human disease. Moreover the kinetics of microbiota-dependent IL-17A production correlated with the disease severity. Based on these data targeted neutralization of IL-17A also had a beneficiai effect on the disease outcome. The prominent role played by IL-I7A in driving the disease was coupled to its ability in engaging and mediating cross talk between pathogenic innate and adaptive immune pathways. It influenced the recruitment and phenotype of neutrophils and macrophages, as well as impacted upon the formation and function of tertiary lymphoid tissue associated with severe disease. Thus, temporal and spatial changes in cytokine production, their cellular targets and interaction with the local milieu determine the balance between immunity and pathology in the lung. Collectively our findings provide novel mechanistic insights in the complex role played by cytokines in orchestrating pulmonary immune responses and have clear implications for human disease.

La contraception d'urgence chez les adolescents en Suisse: une étude sur la sexualité des 16-20 ans

Objectifs: Faire le point sur les connaissances concernant la contraception post-coïtale (CPC) et son utilisation par les adolescentes, et réunir les recommandations utiles aux médecins prescripteurs. Matériel et méthodes: La revue de littérature concernant la CPC et les résultats d'une enquête concernant les comportements sexuels des adolescents de 16-20 ans en Suisse sont utilisés. Résultats: Plusieurs méthodes peuvent être utilisées incluant les oestroprogestatifs et les progestatifs seuls. C'est surtout à l'occasion de rupture de préservatif, d'oubli de pilule ou d'absence de contraception que la CPC peut être utile. Les adolescents sexuellement actifs semblent connaître l'existence de la CPC et 20% des jeunes filles y ont eu recours en Suisse. Mais les obstacles qui limitent l'accès à la CPC sont nombreux au niveau de l'information et de la qualité des services dans cette situation d'urgence. Discussion et conclusion: La sensibilisation des adolescents et des jeunes aux conditions d'utilisation de la CPC est nécessaire, et doit être associée à un effort de formation des professionnels et de qualité des services pour faciliter l'accès à la CPC. Mots-clefs: contraception d?urgence, contraception post-coïtale, pilule du lendemain, adolescents.<br/><br/>Purpose: To describe and analyze emergency contraception (EC) awareness and use among sexually active Swiss teenagers. Methods: Anonymous computerized questionnaires were distributed to a national representative sample of 4283 in-school adolescents (aged 16 to 20 years) in high schools and professional centers. Young people who were sexually active (51.5% of the sample: 1058 girls and 1073 boys) responded to questions on EC awareness and use and on sexual perception, attitude and behaviors. Univariate analyses and multiple regression analyses were used to describe EC awareness and use and their correlates. Results: Most of the sexually active girls (89.3%) and boys (75.2%) knew of the existence of EC. Of girls, 20% reported having used EC, and the majority of them used it only once (64.1%) or twice (18.5%). EC awareness was positively associated with the father's level of education (girls: odds ratio:5.18), and the scholastic curriculum of the respondent. Gender differences in the correlates of EC awareness demonstrate that girls who had a confidant, or a group of friends or boys of Swiss nationality and those who have had the opportunity to discuss the issue of contraception declare greater awareness of EC. EC use was higher among girls who lived in urban areas (odds ratio: 1.91) and occasionally had unprotected intercourse. We did not find any significant difference in the profile of multiple vs. one-time users. Conclusion: EC awareness and use should be improved through better information and accessibility, especially among teenagers who place themselves in at-risk situations. Keywords: Adolescents, Emergency contraception, Gender differences, Teenage pregnancy prevention, Switzerland.

Immunological aspects of Chronic Obstructive Pulmonary Disease

Chronic obstructive pulmonary disease (copd) is a major cause of illness and death throughout the world. It affects about 10% of the general population, but its prevalence among heavy smokers can reach 50%.COPD is the fourth leading cause of death in most industrialized countries, and it is projected to be the third leading cause of death worldwide by 2020. Tobacco smoking is the primary risk factor for the development of COPD, but other factors, such as burning biomass fuels for cooking and heating, are important causes of COPD in many developing countries....

Systemic lupus erythematosus in the elderly: Clinical and immunological characteristics.

Systemic lupus erythematosus (SLE) predominantly affects young women in their 20s. In 40 out of 250 (16%) patients with SLE seen in our hospital disease onset occurred after the age of 50. The interval between the time of onset and diagnosis was five years in this older group compared with three years in the younger group. Arthritis, as a first symptom, was less common in the older onset group. During the follow up a lower incidence of arthritis, malar rash, photosensitivity, and nephropathy was found in the older onset group. In contrast, this group showed an increased incidence of myositis. High titres of anti-dsDNA tended to occur less often and the incidence of anti-Ro antibodies was lower in the older onset group. These features seem to distinguish patients with older onset SLE as a particular subset.

Systemic lupus erythematosus in men: clinical and immunological characteristics.

Although systemic lupus erythematosus (SLE) has traditionally been considered a disease of women, men may also be affected. Thirty of 261 patients (12%) with SLE seen in this hospital were men. Arthritis was less common as a first symptom in the men, although this group of patients had discoid lesions and serositis more often than the women. During the follow up a lower incidence of arthritis and malar rash and a higher incidence of other skin complications including discoid lesions and subcutaneous lupus erythematosus was found in the men. The incidence of nephropathy, neurological disease, thrombocytopenia, vasculitis, and serositis, was similar in the two groups. No significant immunological differences were found between men and women. These features indicate that several gender associated clinical differences may be present in patients with SLE.

Hematological and immunological responses of Nile tilapia after polyvalent vaccine administration by different routes

The efficacy of a polyvalent bacterin vaccine against Aeromonas hydrophila, Pseudomonas aeroginosa and Enterococcus durans administered by different routes in Nile tilapia was assessed by analyzing hematological and immunological parameters 7 and 21 days after vaccination. Treatments consisted of: non-vaccinated tilapia; tilapia vaccinated by intraperitoneal injection with 2x10(8) formalin-inactivated bacteria·mL-1; tilapia vaccinated orally with 2x10(7) formalin-inactivated bacteria·g-1, feed for 5 days; tilapia vaccinated by immersion bath in 2x10(7) formalin-inactivated bacteria·mL-1, for 20 minutes. Vaccinated fish groups presented higher hematocrit, number of erythrocytes and leukocytes than the non-vaccinated group. Serum agglutination titer of intraperitoneally vaccinated fish was higher on both evaluation periods for the three bacteria strains. Only on day 21 post-vaccination fish from the oral and immersion vaccination groups presented higher serum agglutination titer than the non-vaccinated fish for A. hidrophyla and E. durans. Serum antimicrobial activity in vaccinated fish was higher for P. aeroginosa and E. coli than in non-vaccinated fish on both evaluation periods. The different vaccine administration routes stimulated hematological and immunological responses in Nile tilapia 21 days post-vaccination, but intraperitoneal vaccination presented higher total number of leukocytes, lymphocytes and serum agglutination titer.

Cysticercosis in experimentally and naturally infected pigs: parasitological and immunological diagnosis

Our objective was to evaluate the diagnosis of swine cysticercosis by examining "ante mortem" (inspection of the tongue), "post mortem" (inspection and detailed necropsy) and ELISA for research in serum of antibodies (Ab-ELISA) and antigens (Ag-ELISA). Seven (7) pigs were experimentally infected orally with eggs of Taenia solium and another 10 were naturally infected. In the pigs experimentally infected, inspection of the tongue was negative in all animals, in the routine inspection detailed necropsy and cysticercis were identified in all of them. In pigs with heavy natural infection, inspection of the tongue identified cysticerci in two (20%), while at inspection with necropsy the parasites were identified in large quantities in all animals. In ELISA for antibody search (Ab-ELISA) TS-14 recombinant protein was used, and in search for antigen (Ag-ELISA) a monoclonal antibody against this protein. In animals experimentally infected, blood was collected weekly for 140 days. The Ab-ELISA identified an increase in titers of antibody to cysticerci 21 days after infection, and at the end of the experimental period six animals (86%) were positive to the test. The search for circulating antigens (Ag-ELISA) was positive in two pigs 28 to 91 days after infection. All naturally infected pigs were positive for Ag-ELISA and Ab-ELISA. The search for antibodies and antigens by ELISA in serum from 30 pigs of a local farm and without history of cysticercosis was negative. Thus, the use of TS-14 antigen in ELISA test (Ab-ELISA) can be useful for the diagnosis of cysticercosis in pigs with low infection.

Immunological properties of gene vaccines delivered by different routes

Gene vaccines represent a new and promising approach to control infectious diseases, inducing a protective immune response in the appropriate host. Several routes and methods of genetic immunization have been shown to induce antibody production as well as T helper (Th) cell and cytotoxic T lymphocyte activation. However, few studies have compared the nature of the immune responses generated by different gene vaccination delivery systems. In the present study we reviewed some aspects of immunity induced by gene immunization and compared the immune responses produced by intramuscular (im) DNA injection to gene gun-mediated DNA transfer into the skin of BALB/c mice. Using a reporter gene coding for ß-galactosidase, we have demonstrated that im injection raised a predominantly Th1 response with mostly IgG2a anti-ßgal produced, while gene gun immunization induced a mixed Th1/Th2 profile with a balanced production of IgG2a and IgG1 subclasses. Distinct types of immune responses were generated by different methods of gene delivery. These findings have important implications for genetic vaccine design. Firstly, a combination between these two systems may create optimal conditions for the induction of a broad-based immune response. Alternatively, a particular gene vaccine delivery method might be used according to the immune response required for host protection. Here, we describe the characteristics of the immune response induced by gene vaccination and the properties of DNA involved in this process.