The Role of Direct Presentation by Donor Dendritic Cells in Rejection of Minor Histocompatibility Antigen-Mismatched Skin and Hematopoietic Cell Grafts

Background. The success of transplantation is hampered by rejection of the graft by alloreactive T cells. Donor dendritic cells (DC) have been shown to be required for direct priming of immune responses to antigens from major histocompatibility complex-mismatched grafts. However, for immune responses to major histocompatibility complex-matched, minor histocompatibility (H) antigen mismatched grafts, the magnitude of the T-cell response to directly presented antigens is reduced, and the indirect pathway is more important. Therefore, we aimed to investigate the requirement for donor DC to directly present antigen from minor H antigen mismatched skin and hematopoietic grafts.

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

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

Réponse cellulaire pan-spécifique : analyse de la présentation d’antigènes conservés du virus de l’influenza

Les méthodes de vaccination actuelles contre l’influenza, axées sur la réponse à anticorps dirigée contre des antigènes hautement variables, nécessitent la production d’un vaccin pour chaque nouvelle souche. Le défi est maintenant de stimuler simultanément une réponse cellulaire pan-spécifique ciblant des antigènes conservés du virus, tel que la protéine de la matrice (M1) ou la nucléoprotéine (NP). Or, la présentation antigénique de ces protéines est peu définie chez l’humain. Nous avons analysé la présentation endogène par les complexes majeurs d’histocompatibilité de classes (CMH)-I et -II de M1 et de NP. Ainsi, les protéines M1 et NP ont été exprimées dans des cellules présentatrices d’antigènes (CPAs). Notamment, des épitopes de M1 et de NP endogènes peuvent être présentées par CMH-I et -II, ce qui résulte en une activation respectivement de lymphocytes T CD8+ et CD4+ précédemment isolés. Étant donné l’importance des lymphocytes T CD4+ dans la réponse cellulaire, nous avons cloné M1 ou NP en fusion avec des séquences de la protéine gp100 permettant la mobilisation vers les compartiments du CMH-II sans affecter la présentation par CMH-I. Des CPAs exprimant de façon endogène ces constructions modifiées ou sauvages ont ensuite été utilisées pour stimuler in vitro des lymphocytes T humains dont la qualité a été évaluée selon la production de cytokines et la présence de molécules de surface (ELISA ou marquage de cytokines intracellulaire). Nous avons observé une expansion de lymphocytes T CD8+ et CD4+ effecteurs spécifiques sécrétant diverses cytokines pro-inflammatoires (IFN-γ, TNF, MIP-1β) dans des proportions comparables avec une présentation par CMH-II basale ou améliorée. Cette qualité indépendante du niveau de présentation endogène par CMH-II de M1 et de NP des lymphocytes T CD4+ et CD8+ suggère que cette présentation est suffisante à court terme. En outre, la présentation endogène de M1 et NP a permis de stimuler des lymphocytes T spécifiques à des épitopes conservés du virus, tel qu’identifié à l’aide une méthode d’identification originale basée sur des segments d’ARNm, « mRNA PCR-based epitope chase (mPEC) ». Ensemble, ces nouvelles connaissances sur la présentation antigénique de M1 et de NP pourraient servir à établir de nouvelles stratégies vaccinales pan-spécifiques contre l’influenza.

Caractérisation de stratégies stimulant l’immunité cellulaire par l’étude de la présentation antigénique d’une nanoparticule vaccinale et du blocage d’un mécanisme d’immunosuppression

Il existe plusieurs défis au développement d’une thérapie visant à stimuler l’immunité cellulaire. Dans la prévention contre certains virus et en immunothérapie du cancer, l’induction de lymphocytes T spécifiques est cependant primordiale. Dans la première partie de l’étude, nous avons porté notre attention sur la compréhension de la présentation croisée par le complexe majeur d’histocompatibilité de classe I (CMH I) médiée par des particules pseudo-virales (VLP) composées de la protéine de surface de potexvirus à laquelle nous avons ajouté un épitope de la protéine M1 du virus de l’influenza ou un épitope de la protéine gp100 du mélanome. Cette VLP se caractérise par sa capacité à stimuler, sans l’aide d’adjuvant, le système immunitaire et de présenter de façon croisée l’épitope inséré dans sa protéine de surface et ce, indépendamment de l’activité du protéasome. Nous avons, tout d’abord, comparé les propriétés de présentation antigénique croisée des VLP formées du virus de la mosaïque de la malva (MaMV) à celles des VLP du virus de la mosaïque de la papaye (PapMV). Les résultats confirment que ces propriétés sont partagées par plusieurs membres de la famille des potexvirus malgré des divergences de séquences (Hanafi et al. Vaccine 2010). De plus, nous avons procédé à des expériences pour préciser le mécanisme menant à la présentation de l’épitope inséré dans les VLP de PapMV. Les résultats nous confirment une voie vacuolaire dépendante de l’activité de la cathepsine S et de l’acidification des lysosomes pour l’apprêtement antigénique. L’induction de l’autophagie par les VLP semble également nécessaire à la présentation croisée par les VLP de PapMV. Nous avons donc établi un nouveau mécanisme de présentation croisée vacuolaire dépendant de l’autophagie (Hanafi et al. soumis Autophagy). En second lieu, en immunothérapie du cancer, il est aussi important de contrôler les mécanismes d’évasion immunitaire mis en branle par la tumeur. Nous avons spécifiquement étudié l’enzyme immunosuppressive indoleamine 2,3-dioxygénase (IDO) (revue de la littérature dans les tumeurs humaines; Hanafi et al. Clin. Can. Res 2011) et son inhibition dans les cellules tumorales. Pour ce faire, nous avons tenté d’inhiber son expression par la fludarabine, agent chimiothérapeutique précédemment étudié pour son activité inhibitrice de l’activation de STAT1 (signal transducers and activators of transcription 1). Étonnamment, nos résultats ont montré l’inhibition d’IDO dans les cellules tumorales par la fludarabine, indépendamment de l’inhibition de la phosphorylation de STAT1. Nous avons démontré que le mécanisme d’action dépendait plutôt de l’induction de la dégradation d’IDO par le protéasome (Hanafi et al. PlosOne 2014). Les travaux présentés dans cette thèse ont donc portés autant sur la compréhension d’une nouvelle plateforme de vaccination pouvant médier l’activation de lymphocytes T CD8+ cytotoxiques et sur le contrôle d’une immunosuppression établie par les cellules tumorales pour évader au système immunitaire. Ces deux grandes stratégies sont à considérer en immunothérapie du cancer et la combinaison avec d’autres thérapies déjà existantes pourra permettre une meilleure réponse clinique.

Relation of pretreatment sequence diversity in NS5A region of HCV genotype 1 with immune response between pegylated-INF/ribavirin therapy outcomes

Hepatitis C virus (HCV) infection frequently persists despite substantial virus-specific immune responses and the combination of pegylated interferon (INF)-alpha and ribavirin therapy. Major histocompatibility complex class I restricted CD8+ T cells are responsible for the control of viraemia in HCV infection, and several studies suggest protection against viral infection associated with specific HLAs. The reason for low rates of sustained viral response (SVR) in HCV patients remains unknown. Escape mutations in response to cytotoxic T lymphocyte are widely described; however, its influence in the treatment outcome is ill understood. Here, we investigate the differences in CD8 epitopes frequencies from the Los Alamos database between groups of patients that showed distinct response to pegylated alpha-INF with ribavirin therapy and test evidence of natural selection on the virus in those who failed treatment, using five maximum likelihood evolutionary models from PAML package. The group of sustained virological responders showed three epitopes with frequencies higher than Non-responders group, all had statistical support, and we observed evidence of selection pressure in the last group. No escape mutation was observed. Interestingly, the epitope VLSDFKTWL was 100% conserved in SVR group. These results suggest that the response to treatment can be explained by the increase in immune pressure, induced by interferon therapy, and the presence of those epitopes may represent an important factor in determining the outcome of therapy.

Structure and Calcium-Binding Activity of LipL32, the Major Surface Antigen of Pathogenic Leptospira sp.

Leptospixosis, a spirochaetal zoonotic disease caused by Leptospira, has been recognized as an important emerging infectious disease. LipL32 is the major exposed outer membrane protein found exclusively in pathogenic leptospires, where it accounts for up to 75% of the total outer membrane proteins. It is highly immunogenic, and recent studies have implicated LipL32 as an extracellular matrix binding protein, interacting with collagens, fibronectin, and laminin. In order to better understand the biological role and the structural requirements for the function of this important lipoprotein, we have determined the 2.25-angstrom-resolution structure of recombinant LipL32 protein corresponding to residues 21-272 of the wild-type protein (LipL32(21-272)). The LipL32(21-272) monomer is made of a jelly-roll fold core from which several peripheral secondary structures protrude. LipL32(21-272) is structurally similar to several other jelly-roll proteins, some of which bind calcium ions and extracellular matrix proteins. Indeed, spectroscopic data (circular dichroism, intrinsic tryptophan fluorescence, and extrinsic 1-amino-2-naphthol-4-sulfonic acid fluorescence) confirmed the calcium-binding properties of LipL32(21-272). Ca(2+) binding resulted in a significant increase in the thermal stability of the protein, and binding was specific for Ca(2+) as no structural or stability perturbations were observed for Mg(2+), Zn(2+), or Cu(2+). Careful examination of the crystal lographic structure suggests the locations of putative regions that could mediate Ca(2+) binding as well as binding to other interacting host proteins, such as collagens, fibronectin, and lamixidn. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Distinct localization of T cell Agrin during antigen presentation - evidence for the expression of Agrin receptor(s) in antigen-presenting cells

Agrin is over-expressed by activated and autoimmune T cells, and synergizes with the T cell receptor (TCR) to augment cell activation. In the present study, we show that Agrin accumulates to distinct areas of the plasma membrane and that cell activation causes its redistribution. During antigen presentation, Agrin primarily accumulates to the periphery of the mature immunological synapse, mostly in lamellipodia-like protrusions that wrap around the antigen-presenting cell and, conversely, anti-Agrin sera induced a significant redistribution of TCR at the plasma membrane. We also provide evidence for the expression of Agrin receptors in peripheral blood monocytes, dendritic cells and a fraction of B cells. Interestingly, interferon-a treatment, which induces the expression of Agrin in T cells, also augmented Agrin binding to monocytes. Stimulation of monocytes with recombinant Agrin induced the clustering of surface receptors, including major histocompatibility complex class II, activation of intracellular signalling cascades, as well as enhanced dsRNA-induced expression of pro-inflammatory cytokines interleukin-6 and tumour necrosis factor-a. Collectively, these results confirm the location of Agrin at the immunological synapse between T cells and antigen-presenting cells and justify further characterization of its receptors in the immune system.

Relation of pretreatment sequence diversity in NS5A region of HCV genotype 1 with immune response between pegylated-INF/ribavirin therapy outcomes

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Vaccination with the recombinant chimeric antigen recNcMIC3-1-R induces a non-protective Th2-type immune response in the pregnant mouse model for N. caninum infection

The major route of transmission of Neospora caninum in cattle is transplacentally from an infected cow to its progeny. Therefore, a vaccine should be able to prevent both the horizontal transmission from contaminated food or water and the vertical transmission. We have previously shown that a chimeric vaccine composed of predicted immunogenic epitopes of NcMIC3, NcMIC1 and NcROP2 (recNcMIC3-1-R) significantly reduced the cerebral infection in BALB/c mice. In this study, mice were first vaccinated, then mated and pregnant mice were challenged with 2×10(6)N. caninum tachyzoites at day 7-9 of pregnancy. Partial protection was only observed in the mice vaccinated with a tachyzoite crude protein extract but no protection against vertical transmission or cerebral infection in the dams was observed in the group vaccinated with recNcMIC3-1-R. Serological and cytokine analysis showed an overall lower cytokine level in sera associated with a dominant IL-4 expression and high IgG1 titers. Thus, the Th2-type immune response observed in the pregnant mice was not protective against experimental neosporosis, in contrary to the mixed Th1-/Th2-type immune response observed in the non-pregnant mouse model. These results demonstrate that the immunomodulation that occurs during pregnancy was not favorable for the protection against N. caninum infection conferred by vaccination with recNcMIC3-1-R.

Folliculo-stellate cells of "true dendritic" type are involved in the inflammatory microenvironment of tumor immunosurveillance of pituitary adenomas

Folliculo-stellate cells are a nonendocrine, sustentacular-like complementary population of the anterior pituitary. They currently are considered as functionally and phenotypically heterogeneous, with one subpopulation of folliculo-stellate cells possibly representing resident adenohypophyseal macrophages. We took advantage of a limited T-cell mediated inflammatory reaction selectively involving tumor tissue in three cases of pituitary adenoma (2 prolactin cell adenomas, and 1 null cell adenoma) to test the hypothesis whether some folliculo-stellate cells within inflammatory foci would also assume monocytic/dendritic properties. Immunohistochemical double labeling for S-100 protein and the class II major histocompatibility antigen HLA-DR indeed showed several arborized cells to coexpress both epitopes. These were distributed both amidst adenomatous acini and along intratumoral vessels, and were morphologically undistinguishable from conventional folliculo-stellate cells. On the other hand, markers of follicular dendritic cells (CD21) and Langerhans' cells (CD1a) tested negative. Furthermore, no S-100/HLA-DR coexpressing folliculo-stellate cells were seen in either peritumoral parenchyma of the cases in point nor in control pituitary adenomas lacking inflammatory reaction. These findings suggest that a subset of folliculo-stellate cells may be induced by an appropriate local inflammatory microenvironment to assume a dendritic cell-like immunophenotype recognizable by their coexpression of S-100 protein and HLA-DR. By analogy with HLA-DR expressing cells in well-established extrapituitary inflammatory constellations, we speculate that folliculo-stellate cells with such immunophenotype may actually perform professional antigen presentation. A distinctly uncommon finding in pituitary adenomas, lymphocytic infiltrates may therefore be read as a manifestation of tumoral immunosurveillance.

Exploring the MHC-peptide matrix of central tolerance in the human thymus

Ever since it was discovered that central tolerance to self is imposed on developing T cells in the thymus through their interaction with self-peptide major histocompatibility complexes on thymic antigen-presenting cells, immunologists have speculated about the nature of these peptides, particularly in humans. Here, to shed light on the so-far unknown human thymic peptide repertoire, we analyse peptides eluted from isolated thymic dendritic cells, dendritic cell-depleted antigen-presenting cells and whole thymus. Bioinformatic analysis of the 842 identified natural major histocompatibility complex I and II ligands reveals significant cross-talk between major histocompatibility complex-class I and II pathways and differences in source protein representation between individuals as well as different antigen-presenting cells. Furthermore, several autoimmune- and tumour-related peptides, from enolase and vimentin for example, are presented in the healthy thymus. 302 peptides are directly derived from negatively selecting dendritic cells, thus providing the first global view of the peptide matrix in the human thymus that imposes self-tolerance in vivo.

Loss of tapasin correlates with diminished CD8(+) T-cell immunity and prognosis in colorectal cancer.

BACKGROUND Tapasin is a crucial component of the major histocompatibility (MHC) class I antigen presentation pathway. Defects in this pathway can lead to tumor immune evasion. The aim of this study was to test whether tapasin expression correlates with CD8(+) cytotoxic T lymphocyte (CTL) infiltration of colorectal cancer (CRC) and overall survival. METHODS A next-generation tissue microarray (ngTMA) of 198 CRC patients with full clinicopathological information was included in this study. TMA slides were immunostained for tapasin, MHC I and CD8. Marker expression was analyzed with immune-cell infiltration, patient survival and TNM-staging. RESULTS A reduction of tapasin expression strongly correlated with venous invasion (AUC 0.682, OR 2.7, p = 0.002; 95% CI 1.7-5.0), lymphatic invasion (AUC 0.620, OR 2.0, p = 0.005; 95 % CI 1.3-3.3), distant metastasis (AUC 0.727, OR 2.9, p = 0.004; 95% CI 1.4-5.9) and an infiltrative tumor border configuration (AUC 0.621, OR 2.2, p = 0.017; 95% CI 1.2-4.4). Further, tapasin expression was associated with CD8(+) CTL infiltration (AUC 0.729, OR 5.4, p < 0.001; 95% CI 2.6-11), and favorable overall survival (p = 0.004, HR 0.6, 95% CI 0.42-0.85). CONCLUSIONS Consistent with published functional data showing that tapasin promotes antigen presentation, as well as tumor immune recognition and destruction by CD8(+) CTLs, a reduction in tapasin expression is associated with tumor progression in CRC.

T-cell reprogramming through targeted CD4-coreceptor and T-cell receptor expression on maturing thymocytes by latent Circoviridae family member porcine circovirus type 2 cell infections in the thymus

Although porcine circovirus type 2 (PCV2)-associated diseases have been evaluated for known immune evasion strategies, the pathogenicity of these viruses remained concealed for decades. Surprisingly, the same viruses that cause panzootics in livestock are widespread in young, unaffected animals. Recently, evidence has emerged that circovirus-like viruses are also linked to complex diseases in humans, including children. We detected PCV2 genome-carrying cells in fetal pig thymi. To elucidate virus pathogenicity, we developed a new pig infection model by in vivo transfection of recombinant PCV2 and the immunosuppressant cofactor cyclosporine A. Using flow cytometry, immunofluorescence and fluorescence in situ hybridization, we found evidence that PCV2 dictates positive and negative selection of maturing T cells in the thymus. We show for the first time that PCV2-infected cells reside at the corticomedullary junction of the thymus. In diseased animals, we found polyclonal deletion of single positive cells (SPs) that may result from a loss of major histocompatibility complex class-II expression at the corticomedullary junction. The percentage of PCV2 antigen-presenting cells correlated with the degree of viremia and, in turn, the severity of the defect in thymocyte maturation. Moreover, the reversed T-cell receptor/CD4-coreceptor expression dichotomy on thymocytes at the CD4(+)CD8(interm) and CD4SP cell stage is viremia-dependent, resulting in a specific hypo-responsiveness of T-helper cells. We compare our results with the only other better-studied member of Circoviridae, chicken anemia virus. Our data show that PCV2 infection leads to thymocyte selection dysregulation, adding a valuable dimension to our understanding of virus pathogenicity.

Cleavage motifs of the yeast 20S proteasome β subunits deduced from digests of enolase 1

The 436-amino acid protein enolase 1 from yeast was degraded in vitro by purified wild-type and mutant yeast 20S proteasome particles. Analysis of the cleavage products at different times revealed a processive degradation mechanism and a length distribution of fragments ranging from 3 to 25 amino acids with an average length of 7 to 8 amino acids. Surprisingly, the average fragment length was very similar between wild-type and mutant 20S proteasomes with reduced numbers of active sites. This implies that the fragment length is not influenced by the distance between the active sites, as previously postulated. A detailed analysis of the cleavages also allowed the identification of certain amino acid characteristics in positions flanking the cleavage site that guide the selection of the P1 residues by the three active β subunits. Because yeast and mammalian proteasomes are highly homologous, similar cleavage motifs might be used by mammalian proteasomes. Therefore, our data provide a basis for predicting proteasomal degradation products from which peptides are sampled by major histocompatibility complex class I molecules for presentation to cytotoxic T cells.