Pregnancy-associated changes in host permissiveness to metastasis

THESIS SUMMARY : Metastasis is a multistep process involving tumour cell-autonomous features, the host tissue stroma of the primary tumour, the blood or lymphatic system as well as a receptive target organ. Most studies on factors influencing metastasis have concentrated on the characteristics of the disseminating tumour cell and on early steps of metastasis including invasion and angiogenesis. Although these steps are necessary for tumour cells to disseminate, it is the challenges encountered in the later steps of metastasis -survival while in the circulation and engraftment and outgrowth in the target organ -that account for the inefficiency of circulating tumour cells in establishing secondary lesions. Full understanding of the metastatic process therefore requires elucidation of the mechanisms that regulate these late steps, and in particular that determine what makes any given tissue permissive for metastatic tumour growth. To address this issue, we assessed the mechanisms whereby a physiological situation -pregnancy -can alter host permissiveness toward metastasis. We show that pregnant NOD/SCID mice -injected intravenously with tumour cells -develop more metastases than their non-pregnant counterparts irrespective of the tumour cell type. There was no direct effect of pregnancy-related circulating factors on tumour cell proliferation, and subcutaneous tumour growth does not vary between pregnant and nonpregnant animals. However, decreased elimination of tumour cells from the lung microvasculature was observed in pregnant mice, prompting us to assess whether pregnancy-related adaptations in innate immunity could account for this differential clearing. We found that natural killer (NK) cell fractions are decreased in blood and spleen of pregnant mice and that NK cell cytotoxicity is impaired, as reported previously. The use of NK-deficient mice or tumour cell lines resistant to NK killing abrogates the difference in metastasis load between pregnant and virgin mice. CD11 b+ Gr-1+ myeloid-derived suppressor cells (MDSC) have previously been shown to accumulate in tumour-bearing mice and to down-modulate NK activity. Accordingly, we show an increase in MDSC in pregnant mouse blood, spleen, lungs and liver. Depletion of MDSC prior to tumour cell injection decreased metastasis load in pregnant NOD/SCID mice but had no effect on virgin mice. Similarly, adoptive transfer of MDSC extracted from pregnant mice into virgin mice lead to increased metastasis take. In parallel, we investigated whether the lung and liver microenvironments are modified during pregnancy thereby providing a more "permissive soil" for the establishment of metastases. A comparative analysis of microarray data of pregnant mouse lungs and liver with "premetastatic niche" gene expression profiles of these organs shows that similar mechanisms could mediate an increase in lung and liver metastasis in pregnant mice and in mice harbouring an aggressive primary tumour. Several commonly up-regulated genes point towards the recruitment of myeloid cells, consistent with the accumulation of MDSC observed in pregnant mice. MDSC have never been evoked in the context of pregnancy before. Although the role of MDSC in pregnancy requires further investigation we suggest that MDSC accumulation constitutes an important and hitherto unrecognised common denominator of maternal immune tolerance and cancer immune escape. RESUME DE THESE : La métastatisation est un processus en plusieurs étapes qui implique des compétences particulières chez les cellules tumorales, le stroma de la tumeur primaire, les vaisseaux sanguins ou lymphatiques ainsi qu'un organe cible' réceptif. Jusqu'alors, la recherche s'est principalement intéressée aux facteurs qui influencent les étapes précoces de la métastatisation donc aux caractéristiques de la cellule métastatique, et aux processus tels que l'invasion et l'angiogenèse, tandis que peu d'études traitent des étapes tardives tel que la survie dans la circulation sanguine et l'établissement d'une lésion dans l'organe cible. En particulier, l'élucidation des facteurs qui déterminent la permissivité d'un tissu à la greffe de cellules disséminantes est indispensable à la compréhension de ce processus complexe qu'est la métastatisation. Nous proposons ici un modèle de souris récapitulant les étapes tardives de la métastatisation dans un contexte d'une permissivité accrue aux métastases chez la souris gravide, et nous évaluons les mécanismes impliqués. Les souris gestantes développent plus de métastases après l'injection intraveineuse de cellules tumorales, indépendamment du type de tumeur d'origine. Les taux élevés d'hormones et de facteurs de croissance chez la souris gravide n'inflúencent pas la prolifération des cellules tumorales et fa croissance de tumeurs sous-cutanées n'est pas non plus accélérée par la gestation. En revanche, une fois injectées, les cellules tumorales sont éliminées ` moins rapidement des vaisseaux pulmonaires chez la souris gravide que chez les contrôles. Cette observation est compatible avec un effet de la gestation sur l'immunité innée et nous avons mis en évidence une diminution des proportions de cellules NK (natural killer) dans le sang et la rate en particulier, ainsi qu'une cytotoxicité moindre envers des cellules tumorales. En utilisant des souris déficientes en cellules NK ou en injectant des cellules résistantes à l'attaqué par des cellules NK, la différence entre souris gestantes et non-gestantes disparaît. Il a été démontré chez des souris porteuses de tumeurs, que l'accumulation de cellules immunosuppressives de la lignée myélo-monocytaire (ou MDSC pour myeloid-derived suppressor tells) pouvait être responsable d'une inhibition de l'activité de cellules NK. Des nombres augmentés de ces cellules, caractérisées par les marqueurs de surface CD11b et Gr-1, ont été trouvés dans le sang, la rate, les poumons et le foie de souris gravides. Leur rôle dans la métastatisation est démontré par le fait que leur dépletion diminue le nombre de lésions secondaires chez la souris gestante, tandis que leur transfert dans des souris non-gestantes augmente le taux de métastases. L'utilisation de puces à ADN sur les foies et poumons de souris gravides a permis de mettre en évidence des différences d'expression génique proches de celles observées dans l'établissement de niches pré-métastatiques. Ceci suggère que des mécanismes similaires pourraient être responsables d'une permissivité accrue aux métastases chez la souris gravide et chez la souris porteuse d'une tumeur primaire agressive, telle que, en particulier, l'accumulation de cellules immunosuppressives dans les organes cibles. C'est la première fois que l'accumulation de MDSC est évoquée chez la souris gravide et nous proposons ici que celles-ci jouent un rôle dans la tolérance immunitaire envers le foetus et sont responsables de l'échappement de cellules tumorales injectées à la surveillance immunitaire par des cellules NK.

The parallel lives of angiogenesis and immunosuppression: cancer and other tales.

Emerging evidence indicates that angiogenesis and immunosuppression frequently occur simultaneously in response to diverse stimuli. Here, we describe a fundamental biological programme that involves the activation of both angiogenesis and immunosuppressive responses, often through the same cell types or soluble factors. We suggest that the initiation of these responses is part of a physiological and homeostatic tissue repair programme, which can be co-opted in pathological states, notably by tumours. This view can help to devise new cancer therapies and may have implications for aseptic tissue injury, pathogen-mediated tissue destruction, chronic inflammation and even reproduction.

Low TCR avidity and lack of tumor cell recognition in CD8(+) T cells primed with the CEA-analogue CAP1-6D peptide.

The use of "altered peptide ligands" (APL), epitopes designed for exerting increased immunogenicity as compared with native determinants, represents nowadays one of the most utilized strategies for overcoming immune tolerance to self-antigens and boosting anti-tumor T cell-mediated immune responses. However, the actual ability of APL-primed T cells to cross-recognize natural epitopes expressed by tumor cells remains a crucial concern. In the present study, we show that CAP1-6D, a superagonist analogue of a carcinoembriyonic antigen (CEA)-derived HLA-A*0201-restricted epitope widely used in clinical setting, reproducibly promotes the generation of low-affinity CD8(+) T cells lacking the ability to recognized CEA-expressing colorectal carcinoma (CRC) cells. Short-term T cell cultures, obtained by priming peripheral blood mononuclear cells from HLA-A*0201(+) healthy donors or CRC patients with CAP1-6D, were indeed found to heterogeneously cross-react with saturating concentrations of the native peptide CAP1, but to fail constantly lysing or recognizing through IFN- gamma release CEA(+)CRC cells. Characterization of anti-CAP1-6D T cell avidity, gained through peptide titration, CD8-dependency assay, and staining with mutated tetramers (D227K/T228A), revealed that anti-CAP1-6D T cells exerted a differential interaction with the two CEA epitopes, i.e., displaying high affinity/CD8-independency toward the APL and low affinity/CD8-dependency toward the native CAP1 peptide. Our data demonstrate that the efficient detection of self-antigen expressed by tumors could be a feature of high avidity CD8-independent T cells, and underline the need for extensive analysis of tumor cross-recognition prior to any clinical usage of APL as anti-cancer vaccines.

CD4+CD25+Foxp3+ regulatory T cells: from basic research to potential therapeutic use.

Regulatory T cells control immune responses to self- and foreign-antigens and play a major role in maintaining the balance between immunity and tolerance. This article reviews recent key developments in the field of CD4+CD25+Foxp3+ regulatory T (TREG) cells. It presents their characteristics and describes their range of activity and mechanisms of action. Some models of diseases triggered by the imbalance between TREG cells and effector pathogenic T cells are described and their potential therapeutic applications in humans are outlined.

Differential effects of immunosuppressive drugs on effector and regulatory T cells.

Purpose: Current experimental data suggest that CD4+CD25+Foxp3+regulatory T cells (Tregs) based immunotherapy would be of greatinterest to promote donor-specific immune tolerance in transplantation(Tx). Whether and how adoptive transfer of Tregs could be bestcombined with current immunosuppressive regimens in clinicalsettings remains to be defined. Using an experimental Tx model,we had previously shown that the transfer of antigen-specific Tregspromoted long-term skin allograft acceptance in lymphopenic mice,in the absence of any immunosuppressive drug. However, allograftsurvival was only slightly prolonged when Tregs were transferredalone into non-lymphopenic mice, suggesting that in more stringentconditions such as in clinical settings adjuvant therapies may beneeded to effectively control alloreactive T cells (Teff).Methods and Materials: Here we have investigated the effects ofvarious immunosuppressive drugs on the survival, proliferation andeffector function of Teff and Tregs in response to alloantigens in in vitroassays and in our in vivo Tx model.Results: Teff proliferation was inhibited in a dose-dependant mannerby rapamycin and cyclosporine A, while anti-CD154 only marginallyaffected Teff proliferation and survival in vitro. Rapamycin promotedapoptosis of Teff as compared to Tregs that were more resistant underthe same culture conditions. In vivo, the transfer of donor-specificTregs could be advantageously combined with rapamycin andanti-CD154 to significantly prolong MHC-mismatched skin allograftsurvival in non-lymphopenic recipients.Conclusion: Taken together, our data indicate thatimmunosuppressive drugs differentially target T-cell subsets and couldpromote Tregs expansion and/or function while controlling the Teff pool.

Optimising approaches to active immunotherapy of cancer

The design of therapeutic cancer vaccines is aimed at inducing high numbers and potent T cells that are able to target and eradicate malignant cells. This calls for close collaboration between cells of the innate immune system, in particular dendritic cells (DCs), and cells of the adaptive immune system, notably CD4+ helper T cells and CD8+ cytotoxic T cells. Therapeutic vaccines are aided by adjuvants, which can be, for example, Toll¬like Receptor agonists or agents promoting the cytosolic delivery of antigens, among others. Vaccination with long synthetic peptides (LSPs) is a promising strategy, as the requirement for their intracellular processing will mainly target LSPs to professional antigen presenting cells (APCs), hence avoiding the immune tolerance elicited by the presentation of antigens by non-professional APCs. The unique property of antigen cross-processing and cross-presentation activity by DCs plays an important role in eliciting antitumour immunity given that antigens from engulfed dead tumour cells require this distinct biological process to be processed and presented to CD8+T cells in the context of MHC class I molecules. DCs expressing the XCR1 chemokine receptor are characterised by their superior capability of antigen cross- presentation and priming of highly cytotoxic T lymphocyte (CTL) responses. Recently, XCR1 was found to be also expressed in tissue-residents DCs in humans, with a simitar transcriptional profile to that of cross- presenting murine DCs. This shed light into the value of harnessing this subtype of XCR1+ cross-presenting DCs for therapeutic vaccination of cancer. In this study, we explored ways of adjuvanting and optimising LSP therapeutic vaccinations by the use, in Part I, of the XCLl chemokine that selectively binds to the XCR1 receptor, as a mean to target antigen to the cross-presenting XCR1+ DCs; and in Part II, by the inclusion of Q.S21 in the LSP vaccine formulation, a saponin with adjuvant activity, as well as the ability to promote cytosolic delivery of LSP antigens due to its intrinsic cell membrane insertion activity. In Part I, we designed and produced XCLl-(OVA LSP)-Fc fusion proteins, and showed that their binding to XCR1+ DCs mediate their chemoattraction. In addition, therapeutic vaccinations adjuvanted with XCLl-(OVA LSP)-Fc fusion proteins significantly enhanced the OVA-specific CD8+ T cell response, and led to complete tumour regression in the EL4-OVA model, and significant control of tumour growth in the B16.0VA tumour model. With the aim to optimise the co-delivery of LSP antigen and XCLl to skin-draining lymph nodes we also tested immunisations using nanoparticle (NP)-conjugated OVA LSP in the presence or absence of XCLl chemokine. The NP-mediated delivery of LSP potentiated the CTL response seen in the blood of vaccinated mice, and NP-OVA LSP vaccine in the presence of XCLl led to higher blood frequencies of OVA-specific memory-precursor effector cells. Nevertheless, in these settings, the addition XCLl to NP-OVA LSP vaccine formulation did not increase its antitumour therapeutic effect. In the Part II, we assessed in HLA-A2/DR1 mice the immunogenicity of the Melan-AA27L LSP or the Melan-A26. 35 AA27l short synthetic peptide (SSP) used in conjunction with the saponin adjuvant QS21, aiming to identify a potent adjuvant formulation that elicits a quantitatively and qualitatively strong immune response to tumour antigens. We showed a high CTL immune response elicited by the use of Melan-A LSP or SSP with QS21, which both exerted similar killing capacity upon in vivo transfer of target cells expressing the Melan-A peptide in the context of HLA-A2 molecules. However, the response generated by the LSP immunisation comprised higher percentages of CD8+T cells of the central memory phenotype (CD44hl CD62L+ and CCR7+ CD62L+) than those of SSP immunisation, and most importantly, the strong LSP+QS21 response was strictly CD4+T cell-dependent, as shown upon CD4 T cell depletion. Altogether, these results suggest that both XCLl and QS21 may enhance the ability of LSP to prime CD8 specific T cell responses, and promote a long-term memory response. Therefore, these observations may have important implications for the design of protein or LSP-based cancer vaccines for specific immunotherapy of cancer -- Les vacans thérapeutiques contre le cancer visent à induire une forte et durable réponse immunitaire contre des cellules cancéreuses résiduelles. Cette réponse requiert la collaboration entre le système immunitaire inné, en particulier les cellules dendrites (DCs), et le système immunitaire adaptatif, en l'occurrence les lymphocytes TCD4 hdper et CD8 cytotoxiques. La mise au point d'adjuvants et de molécules mimant un agent pathogène tels les ligands TLRs ou d'autres agents facilitant l'internalisation d'antigènes, est essentielle pour casser la tolérance du système immunitaire contre les cellules cancéreuses afin de générer une réponse effectrice et mémoire contre la tumeur. L'utilisation de longs peptides synthétiques (LSPs) est une approche prometteuse du fait que leur présentation en tant qu'antigénes requiert leur internalisation et leur transformation par les cellules dendrites (DCs, qui sont les mieux à même d'éviter la tolérance immunitaire. Récemment une sous-population de DCs exprimant le récepteur XCR1 a été décrite comme ayant une capacité supérieure dans la cross-présentation d'antigènes, d'où un intérêt à développer des vaccins ciblant les DCs exprimant le XCR1. Durant ma thèse de doctorat, j'ai exploré différentes approches pour optimiser les vaccins avec LSPs. La première partie visait à cibler les XCR1-DCs à l'aide de la chemokine XCL1 spécifique du récepteur XCR1, soit sou s la forme de protéine de fusion XCL1-OVA LSP-Fc, soit associée à des nanoparticules. La deuxième partie a consisté à tester l'association des LSPs avec I adjuvant QS21 dérivant d'une saponine dans le but d'optimiser l'internalisation cytosolique des longs peptides. Les protéines de fusion XCLl-OVA-Fc développées dans la première partie de mon travail, ont démontré leur capacité de liaison spécifique sur les XCRl-DCs associée à leur capacité de chemo-attractio. Lorsque inclues dans une mmunisation de souris porteuse de tumeurs établies, ces protéines de fusion XCL1-0VA LSP-Fc et XCLl-Fc plus OVA LSP ont induites une forte réponse CDS OVA spécifique permettant la complète régression des tumeurs de modèle EL4- 0VA et un retard de croissance significatif de tumeurs de type B16-0VA. Dans le but d'optimiser le drainage des LSPs vers es noyaux lymphatiques, nous avons également testé les LSPs fixés de manière covalente à des nanoparticules co- injectees ou non avec la chemokine XCL1. Cette formulation a également permis une forte réponse CD8 accompagnée d'un effet thérapeutique significatif, mais l'addition de la chemokine XCL1 n'a pas ajouté d'effet anti-tumeur supplémentaire. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai comparé l'immunogénicité de l'antigène humain Melan A soit sous la forme d un LSP incluant un épitope CD4 et CD8 ou sous la forme d'un peptide ne contenant que l'épitope CD8 (SSP) Les peptides ont été formulés avec l'adjuvant QS21 et testés dans un modèle de souris transgéniques pour les MHC let II humains, respectivement le HLA-A2 et DR1. Les deux peptides LSP et SSP ont généré une forte réponse CD8 similaire assoc.ee a une capacité cytotoxique équivalente lors du transfert in vivo de cellules cibles présentant le peptide SSP' Cependant les souris immunisées avec le Melan A LSP présentaient un pourcentage plus élevé de CD8 ayant un Phénotype «centra, memory» (CD44h' CD62L+ and CCR7+ CD62L+) que les souris immunisées avec le SSP, même dix mois après I'immunisation. Par ailleurs, la réponse CD8 au Melan A LSP était strictement dépendante des lymphocytes CD4, contrairement à l'immunisation par le Melan A SSP qui n'était pas affectée. Dans l'ensemble ces résultats suggèrent que la chemokine XCL1 et l'adjuvant QS21 améliorent la réponse CD8 à un long peptide synthétique, favorisant ainsi le développement d'une réponse anti-tumeur mémoire durable. Ces observations pourraient être utiles au développement de nouveau vaccins thérapeutiques contre les tumeurs.

The Roots of Neurofibromas in Neurofibromatosis 1 — A Question of Multipotency, Differentiation and Hiding

Neurofibromatosis type 1 (NF1) is an autosomal dominant cancer predisposition syndrome that affects about 1 in 3500 individuals worldwide. NF1 is caused by mutations in the NF1 gene that encodes the tumor suppressor protein neurofibromin, an inactivator of the Ras oncogene. The hallmarks of NF1 include pigmentary lesions of the skin, Lisch nodules of the iris and cutaneous neurofibromas. Cutaneous neurofibromas are benign tumors composed of all the cell types of normal peripheral nerve. The traditional view of neurofibroma development has been that cutaneous neurofibromas arise from the disruption of the small nerve tributaries of the skin and subsequent proliferation of the resident cells. The second hit mutation in the NF1 gene has been considered as a prerequisite for neurofibroma development. The second hit is detectable in a subpopulation of primary Schwann cells cultured from neurofibromas. This thesis challenges the traditional concept of neurofibroma development. The results show that cutaneous neurofibromas are intimately associated with hair follicular structures and contain multipotent precursor cells (NFPs), suggesting that neurofibromas may arise from the multipotent cells which reside in hair follicles. Furthermore, this study presents that neurofibroma-derived Schwann cells that harbor bi-allelic inactivation in the NF1 gene express HLA class II genes and may act as nonprofessional antigen presenting cells. The CD4- and FoxP3-positive cells detected in cutaneous neurofibromas suggest that these cells may represent regulatory T cells (Tregs) which interact with HLA II –positive cells and aid the tumor cells in hiding from the immune system and are thus mediators of immune tolerance. This thesis also investigated neurofibroma development in the oral cavity and the use of different biomarkers to characterize cellular differentiation in neurofibromas. The results revealed that oral neurofibromas are not rare, but they usually appear as solitary lesions contrary to multiple cutaneous neurofibromas and present high heterogeneity within and between tumors. The use of class III beta-tubulin as a marker for neuronal differentiation led to an unexpected finding showing that multiple cell types express class III beta-tubulin during mitosis. The increased understanding of the multipotency of tumor cells, cellular differentiation and ability to hide from immune system will aid in the development of future treatments. Specifically, targeting Tregs in NF1 patients could provide a novel therapeutic approach to interfere with the development of neurofibromas.

Multiple sclerosis and pregnancy: clinical and immunological aspects

Background: Multiple Sclerosis (MS) is an autoimmune disease of the central nervous system that affects most commonly young women in their childbearing age. Previous studies have shown that MS relapse rate usually reduces during pregnancy and increases again after delivery. Patients with MS and their treating physicians are interested to know more about the risks the disease can cause to pregnancy and how pregnancy affects the disease. The reasons for increased relapse rate after delivery are not entirely clear, but loss of pregnancy related immune tolerance and changes in the hormonal status at the time of delivery seem to be of relevance. Aims and methods: The aims of this study were to follow the natural course of MS during and after pregnancy, evaluate pregnancy related risks among MS patients, follow the inflammatory response of MS patients during and after pregnancy and clarify the risk of relevant co-morbidities known to affect other autoimmune diseases after pregnancy and compare these results to healthy controls. This study was a part of a prospective nation-wide follow-up study of 60 Finnish MS patients. All eligible MS patients were enrolled in the study during the years 2003-2005. A prospective followup continued from early pregnancy until six months postpartum. MS relapses, EDSS scores and obstetric details were recorded. Blood samples were obtained from the patients at early, middle, and late pregnancy, after delivery and one month, three months and six months postpartum. Results: MS patients were no more likely to experience pregnancy or delivery complications than the Finnish mothers in general. The need of instrumental assistance, however, was higher among mothers with MS. Disease activity followed the course seen in previous studies. The majority of mothers (90.2%) breastfed their babies. Contrary to previous results, breastfeeding did not protect MS patients from disease worsening after delivery in present study. Mothers with active pre-pregnancy disease chose to breastfeed less frequently and started medication instead. MS patients presented with higher prevalence of elevated thyroid autoantibodies postpartum than healthy controls, but the rate of thyroid hormonal dysfunction was similar as that of healthy controls. The mode of delivery nor the higher rate of tissue damage assessed with C-reactive protein concentration were not predictive of postpartum relapses. The prevalence of gestational diabetes was slightly higher among mothers with MS compared to Finnish mothers in general, but postpartum depression was observed in similar rates. MS patients presented with significantly lower serum concentrations of vitamin D during pregnancy and postpartum than healthy controls. Conclusions: Childbearing can be regarded as safe for mothers with MS as it is for healthy mothers in general. Breastfeeding can be recommended, but it should be done only after careful evaluation of the individual risk for postpartum disease activation. Considering MS patients tend to develop thyroid antibody positivity after delivery more often than healthy controls and that certain treatments can predispose MS patients to thyroid hormonal dysfunction, we recommend MS mothers to be screened for thyroid abnormalities during pregnancy and after delivery. Increased risk for gestational diabetes should be kept in mind when following MS mothers and glucose tolerance test in early pregnancy should be considered. Adequate vitamin D supplementation is essential for MS mothers also during pregnancy and postpartum period.

Imbalanced expression of functional surface molecules in regulatory and effector T cells in systemic lupus erythematosus

Regulatory T (TREG) cells play an important role in maintaining immune tolerance and avoiding autoimmunity. We analyzed the expression of membrane molecules in TREG and effector T cells in systemic lupus erythematosus (SLE). TREG and effector T cells were analyzed for the expression of CTLA-4, PD1, CD28, CD95, GITR, HLA-DR, OX40, CD40L, and CD45RO in 26 patients with active disease, 31 with inactive disease, and 26 healthy controls. TREG cells were defined as CD25+/highCD127Ø/lowFoxP3+, and effector T cells were defined as CD25+CD127+FoxP3Ø. The ratio of TREG to effector T cells expressing GITR, PD1, HLA-DR, OX40, CD40L, and CD45RO was determined in the three groups. The frequency of TREG cells was similar in patients with SLE and controls. However, SLE patients had a decreased frequency of CTLA-4+TREG and CD28+TREG cells and an increased frequency of CD40L+TREG cells. There was a decrease in the TREG/effector-T ratio for GITR+, HLA-DR+, OX40+, and CD45RO+ cells, and an increased ratio of TREG/effector-T CD40L+ cells in patients with SLE. In addition, CD40L+TREG cell frequency correlated with the SLE disease activity index (P=0.0163). In conclusion, our findings showed several abnormalities in the expression of functionally critical surface molecules in TREG and effector T cells in SLE that may be relevant to the pathogenesis of this disease.

STRATEGIES FOR PREVENTION AND TREATMENT OF HEPATITIS C VIRUS INFECTION

Hepatitis C virus (HCV) is the causative agent of Hepatitis C, a serious global health problem which results in liver cirrhosis and hepatocellular carcinoma. Currently there is no effective treatment or vaccine against the virus. Therefore, development of a therapeutic vaccine is of paramount importance. In this project, three alternative approaches were used to control HCV including a DNA vaccine, a recombinant viral vaccine and RNA interference. The first approach was to test the effect of different promoters on the efficacy of a DNA vaccine against HCV. Plasmids encoding HCV-NS3 and E1 antigens were designed under three different promoters, adenoviral E1A, MLP, and CMV ie. The promoter effect on the antigen expression in 293 cells, as well as on the antibody level in immunized BALB/c mice, was evaluated. The results showed that the antigens were successfully expressed from all vectors. The CMV ie promoter induced the highest antigen expression and the highest antibody level. Second, the efficiency of a recombinant adenovirus vaccine encoding HCV-NS3 was compared to that of a HCV-NS3 plasmid vaccine. The results showed that the recombinant adenovirus vaccine induced higher antibody levels as compared to the plasmid vaccine. The relationship between the immune response and miRNA was also evaluated. The levels of mir-181, mir-155, mir-21 and mir-296 were quantified in the sera of immunized animals. mir-181 and mir-21 were found to be upregulated in animals injected with adenoviral vectors. Third, two recombinant adenoviruses encoding siRNAs targeting both the helicase and protease parts of the NS3 region were tested for their ability to inhibit NS3 expression. The results showed that the siRNA against protease was more effective in silencing the HCV-NS3 gene in a HCV replicon cell line. This result confirmed the efficiency of adenovirus for siRNA delivery. These results confirmed that CMV ie is optimum promoter for immune response induction. Adenovirus was shown to be an effective delivery vector for antigens or siRNAs. In addition, miRNAs were proved to be involved in the regulation of immune response.

Modulation des réactions alloimmunitaires par les cytokines maîtresses IFN-γ et TGF-β

L’injection de cellules immunologiquement compétentes à un hôte histo-incompatible amène une réaction qui peut se traduire par la maladie du greffon-contre-l’hôte (GVHD). La GVHD demeure une barrière importante à une utilisation plus répandue de la greffe allogénique de cellules hématopoïétiques (AHCT), pourtant un traitement efficace pour traiter de nombreuses maladies. Une meilleure compréhension des mécanismes qui sous-tendent cette pathologie pourrait en faciliter le traitement et la prévention. L’Interféron-gamma (IFN-γ) et le Transforming Growth Factor-béta (TGF-β) sont deux cytokines maîtresses de l’immunité impliquées dans la fonction et l’homéostasie des cellules greffées. Nous démontrons chez la souris que l’IFN-γ limite la reconstitution lympho-hématopoïétique de façon dose-dépendante en mobilisant des mécanismes d’apoptose et en inhibant la prolifération cellulaire. Le TGF-β est quant à lui généralement connu comme un immunosuppresseur qui contrôle l’immunité en utilisant plusieurs voies de signalisation. Le rôle relatif de ces voies en AHCT est inconnu. Nous avons étudié une de ces voies en greffant des cellules provenant de donneurs déficients pour le gène SMAD3 (SMAD3-KO), un médiateur central de la voie canonique du TGF-β, à des souris histo-incompatibles. Bien que l’absence de SMAD3 ne cause aucune maladie chez nos souris donneuses, l’injection de cellules SMAD3-KO amène une GVHD du colon sévère chez le receveur. Cette atteinte est caractérisée par une différenciation Th1 et une infiltration massive de granulocytes témoignant d’un rôle central de SMAD3 dans la physiologie des lymphocytes T CD4 et des cellules myéloïdes. Nous avons focalisé ensuite nos efforts sur le rôle de SMAD3 chez les lymphocytes T CD4 en sachant que SMAD3 était actif chez les lymphocytes T CD4 tolérants. Nous avons découvert que SMAD3 était rapidement inactivé après une activation des cellules T, suggérant que l’inactivation de SMAD3 était fonctionnellement importante pour briser l’état de tolérance. Des études de micro-puces d’ADNc nous ont montré que SMAD3 contrôlait en effet l’expression de nombreux transcrits de gènes connus comme étant reliés à la tolérance et/ou à des processus biologiques dont les rôles dans le maintien de la tolérance sont plausibles.

Étude fonctionnelle et génétique d'une population de lymphocytes T CD4-CD8- impliquée dans la résistance au diabète auto-immun chez la souris

Le diabète auto-immun résulte de la destruction des cellules bêta pancréatiques sécrétrices d’insuline par les lymphocytes T du système immunitaire. Il s’ensuit une déficience hormonale qui peut être comblée par des injections quotidiennes d’insuline d’origine exogène, toutefois il demeure à ce jour impossible de guérir les patients atteints de la maladie. De façon générale, un système immunitaire sain reconnaît une multitude d’antigènes différents et assure ainsi notre défense à l’égard de différents pathogènes ou encore de cellules tumorales. Il arrive cependant que, pour des raisons génétiques et/ou environnementales, les lymphocytes T puissent s’activer de façon aberrante suite à la reconnaissance d’antigènes provenant du soi. C’est ce bris de tolérance qui mène au développement de pathologies auto-immunes telles que le diabète auto-immun. Afin de limiter l’auto-immunité, des mécanismes de sélection stricts permettent d’éliminer la majorité des lymphocytes T présentant une forte affinité envers des antigènes du soi lors de leur développement dans le thymus. Certains de ces lymphocytes réussissent toutefois à échapper à l’apoptose et migrent en périphérie afin d’y circuler en quête d’un antigène spécifiquement reconnu. Il est alors primordial que des mécanismes périphériques assurent le maintien de la tolérance immunitaire en faisant obstacle à l’activation et à la prolifération des lymphocytes T auto-réactifs. L’une des avenues afin d’inhiber le développement de réponses immunitaires aberrantes est la génération de lymphocytes T régulateurs. Ces cellules, d’origine thymique ou périphérique, peuvent arborer différents phénotypes et agissent via de multiples mécanismes afin d’inactiver et/ou éliminer les cellules impliquées dans l’apparition de pathologies auto-immunes. L’utilisation de modèles murins transgéniques a permis la mise en évidence d’une population peu caractérisée de lymphocytes T au potentiel régulateur. En effet, la proportion de ces cellules T n’exprimant pas les corécepteurs CD4 et CD8 (double négatives, DN) a été inversement corrélée à la prédisposition à l’auto-immunité chez ces ii souris. L’objectif principal de cette thèse est de démontrer la fonction immuno-régulatrice des lymphocytes T DN, tout en investiguant les facteurs génétiques responsables du maintien de cette population cellulaire. Nous avons observé que les lymphocytes T DN exercent une activité cytotoxique à l’égard des lymphocytes B de façon spécifique à l’antigène, via la libération de granules cytolytiques contenant du granzyme B et de la perforine. Par ailleurs, nous avons établi qu’un unique transfert adoptif de ces cellules est suffisant afin d’inhiber le développement du diabète auto-immun chez des hôtes transgéniques prédisposés à la maladie. Le recours à des souris déficientes pour l’expression du gène CD47 a permis de constater que la voie de signalisation CD47-Sirp est essentielle dans le maintien de la proportion des lymphocytes T DN. De plus, le locus murin de prédisposition au diabète auto-immun Idd13, qui contient le gène Sirp, a été identifié pour son rôle dans la régulation de la proportion de ces cellules. Finalement, une analyse génétique a révélé que d’autres intervalles génétiques sont impliqués dans le contrôle de la population des lymphocytes T DN. Parmi ceux-ci, un locus situé en région proximale du chromosome 12 a été validé grâce à la création de souris congéniques. Grâce aux résultats présentés dans cette thèse, notre compréhension de la biologie ainsi que de la régulation des lymphocytes T DN est approfondie. Ces connaissances constituent un pas important vers la création de thérapies cellulaires novatrices permettant de prévenir et de guérir diverses pathologies auto-immunes.

Function of the immunoregulatory CD4-CD8- T cells in the context of autoimmune diabetes

La tolérance immunitaire dépend de la distinction entre le soi et le non soi par le système immunitaire. Un bris dans la tolérance immunitaire mène à l'auto-immunité, qui peut provoquer la destruction des organes, des glandes, des articulations ou du système nerveux central. Le diabète auto-immun, également connu sous le nom diabète juvénile et diabète de type 1, résulte d'une attaque auto-immune sur les cellules β pancréatiques sécrétrices d’insuline, localisées au niveau des îlots de Langerhans du pancréas. Bien que le diabète auto-immun soit traitable par une combinaison d’injections quotidiennes d’insuline d’origine exogène, de régime et d'exercices, beaucoup de complications chroniques peuvent se manifester chez les patients, y compris, mais non limitées à, la cécité, les maladies cardiovasculaires, l’insuffisance rénale et l'amputation. En raison des nombreuses complications liées au diabète auto-immun à long terme, la recherche continue afin de mieux comprendre tous les facteurs impliqués dans la progression de la maladie dans le but de développer de nouvelles thérapies qui empêcheront, renverseront et/ou traiteront cette maladie. Un rôle primordial dans la génération et l'entretien de la tolérance immunitaire a été attribué au nombre et à la fonction des sous-populations de cellules régulatrices. Une de ces populations est constituée de cellules T CD4-CD8- (double négatives, DN), qui ont été étudiées chez la souris et l'humain pour leur contribution à la tolérance périphérique, à la prévention des maladies et pour leur potentiel associé à la thérapie cellulaire. En effet, les cellules de T DN sont d'intérêt thérapeutique parce qu'elles montrent un potentiel immunorégulateur antigène-spécifique dans divers cadres expérimentaux, y compris la prévention du diabète auto-immun. D’ailleurs, en utilisant un système transgénique, nous avons démontré que les souris prédisposées au diabète auto-immun présentent peu de cellules T DN, et que ce phénotype contribue à la susceptibilité au diabète auto-immun. En outre, un transfert des cellules T DN est suffisant pour empêcher la progression vers le diabète chez les souris prédisposées au diabète auto-immun. Ces résultats suggèrent que les cellules T DN puissent présenter un intérêt thérapeutique pour les patients diabétiques. Cependant, nous devons d'abord valider ces résultats en utilisant un modèle non-transgénique, qui est plus physiologiquement comparable à l'humain. L'objectif principal de cette thèse est de définir la fonction immunorégulatrice des cellules T DN, ainsi que le potentiel thérapeutique de celles-ci dans la prévention du diabète auto-immun chez un modèle non-transgénique. Dans cette thèse, on démontre que les souris résistantes au diabète auto-immun présentent une proportion et nombre absolu plus élevés de cellules T DN non-transgéniques, lorsque comparées aux souris susceptibles. Cela confirme une association entre le faible nombre de cellules T DN et la susceptibilité à la maladie. On observe que les cellules T DN éliminent les cellules B activées in vitro par une voie dépendante de la voie perforine et granzyme, où la fonction des cellules T DN est équivalente entre les souris résistantes et prédisposées au diabète auto-immun. Ces résultats confirment que l'association au diabète auto-immun est due à une insuffisance en terme du nombre de cellules T DN, plutôt qu’à une déficience fonctionnelle. On démontre que les cellules T DN non-transgéniques éliminent des cellules B chargées avec des antigènes d'îlots, mais pas des cellules B chargées avec un antigène non reconnu, in vitro. Par ailleurs, on établit que le transfert des cellules T DN activées peut empêcher le développement du diabète auto-immun dans un modèle de souris non-transgénique. De plus, nous observons que les cellules T DN migrent aux îlots pancréatiques, et subissent une activation et une prolifération préférentielles au niveau des ganglions pancréatiques. D'ailleurs, le transfert des cellules T DN entraîne une diminution d'auto-anticorps spécifiques de l'insuline et de cellules B de centres germinatifs directement dans les îlots, ce qui corrèle avec les résultats décrits ci-dessus. Les résultats présentés dans cette thèse permettent de démontrer la fonction des cellules T DN in vitro et in vivo, ainsi que leur potentiel lié à la thérapie cellulaire pour le diabète auto-immun.

Espondiloartropatias seronegativas y viceversa

Introducción. Las Espondiloartropatias Seronegativas (EAS) son un grupo de enfermedades interrelacionadas que presentan compromiso inflamatorio articular y hallazgos extraarticulares. Por otra parte, las Enfermedades Autoinmunes (EAI) son un síndrome clínico caracterizado por la pérdida de la tolerancia inmune. Se encuentra en ellas activación de células B o T, conllevando a daño tisular en ausencia de cualquier otra causa. No existe evidencia sustancial para considerar las EAS como EAI, pero si pueden ser consideradas como enfermedades autoinflamatorias. Dado que la poliautoinmunidad es una de las más importantes características de las EAI, nuestro propósito fue investigar la relación entre EAS y EAI. Materiales y métodos. 2 grupos fueron analizados. Primero, evaluamos la presencia de EAI en una cohorte de pacientes con EAS (n=148). Segundo, examinamos la presencia de EAS en un grupo bien definido de pacientes con EAI (n=1077), incluyendo artritis reumatoide (AR), lupus eritematosos sistémico (LES) y síndrome de Sjögren (SS) Resultados. En el grupo de EAS, dos pacientes presentaron SS (1.4%) y 5 hipotiroidismo autoinmune (HAI) (3.5%). No se encontraron otras EAI en este grupo. La prevalencia de EAI en EAS fue 4.86%. En el grupo de EAI, 5 pacientes presentaron EAS (0.46%). Conclusión. Este estudio no sugiere relación entre EAS y EAI, reforzando la evidencia a favor de que las EAS corresponden más a enfermedades autoinflamatorias que a EAI

Systemic Lupus Erythematosus 2014

Systemic lupus erythematosus (SLE, lupus) is the prototype of systemic autoimmune disease (AD). Immune system activation in SLE is characterized by exaggerated B-cell and T-cell responses and loss of immune tolerance against selfantigens. Production and defective elimination of antibodies, circulation and tissue deposition of immune complexes, and complement and cytokine activation contribute to clinical manifestations that range from fatigue and joint pain to severe, life-threatening organ damage