TL1A-DR3 interaction regulates Th17 cell function and Th17-mediated autoimmune disease.

T helper type 17 (Th17) cells play an important pathogenic function in autoimmune diseases; their regulation, however, is not well understood. We show that the expression of a tumor necrosis factor receptor family member, death receptor 3 (DR3; also known as TNFRSF25), is selectively elevated in Th17 cells, and that TL1A, its cognate ligand, can promote the proliferation of effector Th17 cells. To further investigate the role of the TL1A-DR3 pathway in Th17 regulation, we generated a TL1A-deficient mouse and found that TL1A(-/-) dendritic cells exhibited a reduced capacity in supporting Th17 differentiation and proliferation. Consistent with these data, TL1A(-/-) animals displayed decreased clinical severity in experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). Finally, we demonstrated that during EAE disease progression, TL1A was required for the optimal differentiation as well as effector function of Th17 cells. These observations thus establish an important role of the TL1A-DR3 pathway in promoting Th17 cell function and Th17-mediated autoimmune disease.

IL-27 Induces Th17 Differentiation in the Absence of STAT1 Signaling.

It is known that differentiation of Th17 cells is promoted by activation of STAT3 and inhibited by activation of STAT1. Although both transcription factors are activated by several cytokines, including IL-6, IL-21, and IL-27, each of these cytokines has a very different effect on Th17 differentiation, ranging from strong induction (IL-6) to strong inhibition (IL-27). To determine the molecular basis for these differences, we measured STAT3 and STAT1 activation profiles for IL-6, IL-21, and IL-27, as well as for cytokine pairs over time. We found that the ratio of activated STAT3/activated STAT1 is crucial in determining whether cytokines promote or inhibit Th17 differentiation. IL-6 and IL-21 induced p-STAT3/p-STAT1 ratios > 1, leading to the promotion of Th17 differentiation, whereas IL-27 or IL-6+IL-27 induced p-STAT3/p-STAT1 ratios < 1, resulting in inhibition of Th17 differentiation. Consistent with these findings, we show that IL-27 induces sufficient p-STAT3 to promote Th17 differentiation in the absence of STAT1. Furthermore, IL-27-induced STAT1-deficient T cells were indistinguishable from bona fide highly proinflammatory Th17 cells because they induced severe experimental autoimmune encephalomyelitis upon adoptive transfer. Our results suggest that the ratio of p-STAT3/p-STAT1 induced by a cytokine or cytokine pairs can be used to predict whether they induce a competent Th17-differentiation program.

Neuroinflammatory TNFα Impairs Memory via Astrocyte Signaling.

The occurrence of cognitive disturbances upon CNS inflammation or infection has been correlated with increased levels of the cytokine tumor necrosis factor-α (TNFα). To date, however, no specific mechanism via which this cytokine could alter cognitive circuits has been demonstrated. Here, we show that local increase of TNFα in the hippocampal dentate gyrus activates astrocyte TNF receptor type 1 (TNFR1), which in turn triggers an astrocyte-neuron signaling cascade that results in persistent functional modification of hippocampal excitatory synapses. Astrocytic TNFR1 signaling is necessary for the hippocampal synaptic alteration and contextual learning-memory impairment observed in experimental autoimmune encephalitis (EAE), an animal model of multiple sclerosis (MS). This process may contribute to the pathogenesis of cognitive disturbances in MS, as well as in other CNS conditions accompanied by inflammatory states or infections.

The immunomodulator glatiramer acetate influences spinal motoneuron plasticity during the course of multiple sclerosis in an animal model

The immunomodulador glatiramer acetate (GA) has been shown to significantly reduce the severity of symptoms during the course of multiple sclerosis and in its animal model - experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). Since GA may influence the response of non-neuronal cells in the spinal cord, it is possible that, to some extent, this drug affects the synaptic changes induced during the exacerbation of EAE. In the present study, we investigated whether GA has a positive influence on the loss of inputs to the motoneurons during the course of EAE in rats. Lewis rats were subjected to EAE associated with GA or placebo treatment. The animals were sacrificed after 15 days of treatment and the spinal cords processed for immunohistochemical analysis and transmission electron microscopy. A correlation between the synaptic changes and glial activation was obtained by performing labeling of synaptophysin and glial fibrillary acidic protein using immunohistochemical analysis. Ultrastructural analysis of the terminals apposed to alpha motoneurons was also performed by electron transmission microscopy. Interestingly, although the GA treatment preserved synaptophysin labeling, it did not significantly reduce the glial reaction, indicating that inflammatory activity was still present. Also, ultrastructural analysis showed that GA treatment significantly prevented retraction of both F and S type terminals compared to placebo. The present results indicate that the immunomodulator GA has an influence on the stability of nerve terminals in the spinal cord, which in turn may contribute to its neuroprotective effects during the course of multiple sclerosis.

Ninjurin-1 est une molécule d'adhérence de la barrière hémato-encéphalique impliquée dans le recrutement de monocytes au sein du système nerveux central

La sclérose en plaques (SEP) est caractérisée par des infiltrations périvasculaires de cellules immunitaires et par de la démyélinisation au sein du système nerveux central (SNC). Ces deux paramètres de la maladie sont associés à la fragilisation de la barrière hémato-encéphalique (BHE). En ce sens, le recrutement des cellules présentatrices d’antigène (CPA) myéloïdes, telles que les monocytes, les macrophages et les cellules dendritiques, dans le SNC à travers la BHE, est une étape cruciale dans l’initiation et la persistance de l’inflammation cérébrale. Nerve injury-induced protein (Ninjurin)-1 est une nouvelle molécule d’adhérence qui médie une interaction de type homophilique et dont l’expression sur l’endothélium vasculaire de la BHE humaine fut identifiée grâce à une analyse protéomique des protéines associées à la BHE. Les résultats présentés dans ce mémoire montrent que l’expression de Ninjurin-1 augmente dans un contexte inflammatoire dans les cultures primaires de cellules endothéliales de la BHE (CE-BHE) et sur les CPA myéloïdes humaines ex vivo et générées in vitro. De plus, les CPA infiltrantes retrouvées dans les lésions cérébrales de patients atteints de SEP et dans le SNC des souris atteintes d’encéphalomyélite autoimmune expérimentale (EAE), le modèle murin de la SEP, expriment de hauts niveaux de Ninjurin-1. À l’aide du modèle in vitro de la BHE, la neutralisation de Ninjurin-1 restreint spécifiquement la migration des monocytes à travers les CE-BHE sans affecter le recrutement des lymphocytes, ni la perméabilité des CE-BHE. Enfin, les souris atteintes d’EAE et traitées avec un peptide bloquant dirigé contre Ninjurin-1 présentent une maladie moins sévère ainsi qu’une diminution des CPA infiltrant le SNC et ce comparé au groupe contrôle. Ces résultats suggèrent que Ninjurin-1 est une molécule d’adhérence de la BHE impliquée dans le recrutement de CPA myéloïdes au sein du SNC et qu’elle peut être considérée comme une cible thérapeutique potentielle en SEP.

Interleukin-15 in the pathogenesis of multiple sclerosis and its animal models

L'interleukine-15 (IL-15) contribue au développement et à l’activation des lymphocytes T CD8, des cellules immunes qui ont été impliquées dans plusieurs maladies auto-immunes telle la sclérose en plaques. Des niveaux élevés de l'IL-15 ont été trouvés chez les patients atteints de cette maladie comparativement aux témoins, mais aucune étude n'a examiné les effets de tels niveaux élevés sur les lymphocytes T CD8. Les objectifs de notre étude étaient 1- de caractériser l’expression de l'IL-15 par des lymphocytes B humains et de déterminer ses effets sur les fonctions des lymphocytes T CD8, et 2- d’évaluer l'expression in vivo de l'IL-15 dans des modèles murins de la sclérose en plaques. Nous avons établi que les cellules B humaines augmentaient leur expression de l'IL-15 suite à une stimulation via le CD40. De plus, les fonctions effectrices des lymphocytes T CD8 ont été significativement augmentées lors des co-cultures avec des cellules B alloréactives exprimant l'IL-15. Dans les modèles murins de la sclérose en plaques, nous avons détecté au sein du système nerveux central des cellules immunes exprimant l’IL-15 ainsi que des cellules T CD8 exprimant le récepteur pour cette cytokine à différents stades de la maladie. Nous avons démontré que les cellules B modulent des réponses des lymphocytes T CD8 via l’IL-15, ce qui suggère un rôle pour les cellules B dans la pathogenèse de la sclérose en plaques. Nous avons aussi mis en évidence la présence de cellules exprimant l’IL-15 dans le système nerveux central dans des modèles murins de cette maladie.

Expression et rôle de PD-1 et de ses ligands dans le contexte de la sclérose en plaques

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie inflammatoire démyélinisante et neurodégénérative du système nerveux central (SNC). Les cellules T activées qui expriment le PD-1 sont inhibées via l’interaction avec l’un des ligands: PD-L1 ou PD-L2. Des études effectuées chez le modèle murin de la SEP, l’encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE), ont démontré que l’interaction du PD-1 avec ses ligands contribue à atténuer la maladie. Toutefois, le rôle du PD-1 et de ses ligands dans la pathogenèse de la SEP chez l’humain et dans le modèle murin n’a pas été complètement élucidé. Nous avons déterminé que plusieurs cellules du SNC humain peuvent exprimer les ligands du PD-1. Les astrocytes, les microglies, les oligodendrocytes et les neurones expriment faiblement le PD-L1 dans des conditions basales mais augmentent de façon significative cette expression en réponse à des cytokines inflammatoires. Le blocage de l’expression du PD-L1 par les astrocytes à l’aide de siRNA spécifiques mène à l’augmentation significative des réponses des cellules T CD8+ (prolifération, cytokines, enzymes lytiques). Nos résultats établissent ainsi que les cellules gliales humaines peuvent exprimer des niveaux suffisants de PD-L1 en milieu inflammatoire pour inhiber les réponses des cellules T CD8+. Notre analyse de tissus cérébraux post-mortem par immunohistochimie démontre que dans les lésions de la SEP les niveaux de PD-L1 sont significativement plus élevés que dans les tissus de témoins; les astrocytes et les microglies/macrophages expriment le PD-L1. Cependant, plus de la moitié des lymphocytes T CD8+ ayant infiltré des lésions de SEP n’expriment pas le récepteur PD-1. Au cours du développement de l’EAE, les cellules du SNC augmentent leur niveau de PD-L1. Le PD-1 est fortement exprimé par les cellules T dès le début des symptômes, mais son intensité diminue au cours de la maladie, rendant les cellules T insensibles au signal inhibiteur envoyé par le PD-L1. Nous avons observé que les cellules endothéliales humaines formant la barrière hémato-encéphalique (BHE) expriment de façon constitutive le PD-L2 mais pas le PD-L1 et que l’expression des deux ligands augmente dans des conditions inflammatoires. Les ligands PD-L1 et PD-L2 exprimés par les cellules endothéliales ont la capacité de freiner l’activation des cellules T CD8+ et CD4+, ainsi que leur migration à travers la BHE. L’endothélium du cerveau des tissus normaux et des lésions SEP n’exprime pas des taux détectables de PD-L1. En revanche, tous les vaisseaux sanguins des tissus de cerveaux normaux sont positifs pour le PD-L2, alors que seulement la moitié de ceux-ci expriment le PD-L2 dans des lésions SEP. Nos travaux démontrent que l’entrée des cellules T activées est contrôlée dans des conditions physiologiques grâce à la présence du PD-L2 sur la BHE. Cependant, l’expression plus faible du PD-L2 sur une partie des vaisseaux sanguins dans les lésions SEP nuit au contrôle de la migration des cellules immunes. De plus, une fois dans le SNC, les cellules T CD8+ étant dépourvues du PD-1 ne peuvent recevoir le signal inhibiteur fourni par le PD-L1 fortement exprimé par les cellules du SNC, leur permettant ainsi de rester activées.

Caractérisation neuro-immunitaire d'un modèle d'encéphalomyélite auto-immune expérimentale spontanée

La sclérose en plaques est une maladie neuroinflammatoire idiopathique caractérisée par la formation de lésions focales de démyélinisation, qui apparaissent suite à l’infiltration périvasculaire de cellules immunitaires et à l’augmentation de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique. L’encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE) est le modèle animal de cette maladie. Cependant, ce modèle présente des différences importantes avec la sclérose en plaques. L’objectif de ce projet de maîtrise était d’approfondir la caractérisation d’un nouveau modèle transgénique d’encéphalomyélite auto-immune expérimentale spontanée, le modèle TCR1640, afin de valider celui-ci pour l’étude des phénomènes physiopathologiques qui surviennent à différents stades de la sclérose en plaques, ainsi que pour le développement de nouveaux traitements de la maladie. La souris TCR1640 porte un récepteur des cellules T (TCR) transgénique autoréactif, qui reconnaît un peptide de la myéline et déclenche une réaction auto-immune contre la myéline endogène au sein du système nerveux central (SNC). Des observations faites in situ et in vitro ont permis d’identifier des changements qui surviennent de façon très précoce dans l’unité neurovasculaire chez les animaux TCR1640 présymptomatiques, et qui sont liés à la présence d’un profil immunitaire périphérique proinflammatoire. Lors des phases actives de l’EAE spontanée, les animaux TCR1640 au stade chronique présentent une inflammation accrue du système nerveux central associée à une infiltration leucocytaire massive, par rapport aux animaux au stade aigu de la maladie. Une étude in vivo a également permis de moduler la maladie développée par des animaux ayant subi une immunisation passive avec des cellules T auxiliaires en provenance de souris TCR1640. Enfin, l’implication de nouvelles molécules d’adhésion cellulaire dans le développement et le maintien de l’EAE spontanée a été suggérée par des observations in vitro. L’ensemble de ces résultats suggère que le modèle TCR1640 présente plusieurs avantages pour l’étude de la physiopathologie de maladies neuroinflammatoires telles que la sclérose en plaques, et servira d’outil afin de valider de nouvelles stratégies thérapeutiques.

Caractérisation du rôle de MCAM dans la sclérose en plaques

Objectifs: Chez les patients atteints de sclérose en plaques (SEP), des lymphocytes pro-inflammatoires utilisent des molécules d’adhérence afin de parvenir à traverser la barrière hémo-encéphalique (BHE) et former des lésions multifocales dans le système nerveux central (SNC). Dans le contexte de la SEP, les lymphocytes CD4 auto-agressifs polarisés en TH17 (sécrétant de l’IL-17) sont reconnus comme contribuant à la formation des lésions. Le rôle des lymphocytes CD8 TC17 est quant à lui encore mal défini. L’identification de marqueurs de surface spécifiquement exprimés par les lymphocytes TH17 et TC17 faciliterait la caractérisation de ces sous-populations pathogéniques et fournirait de nouvelles cibles thérapeutiques pour traiter la SEP. Méthodologie: Nous avons identifié MCAM lors d’analyses protéomiques de cellules endothéliales de la BHE humaine et de lymphocytes T humains. Nous avons caractérisé le phénotype et la fonction de ces cellules exprimant MCAM ex vivo, in vitro, in situ et in vivo, à partir de matériel obtenu de témoins (contrôles), de patients atteints de SEP et d’animaux atteints d’encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE). Résultats: MCAM est exprimé à la fois par les cellules endothéliales de la BHE humaine et par une sous-population de lymphocytes T effecteurs mémoire CD161+ et CCR6+. Les lymphocytes CD4 et CD8 MCAM+ expriment plus d’IL-17, IL-22, GM-CSF et granzyme B (Gz B) que les lymphocytes MCAMneg. De plus, l’expression de MCAM est fortement augmentée à la surface des lymphocytes T CD4+ et CD8+ lors des poussées de SEP, alors que les traitements immunomodulateurs en diminuent l’expression. In situ, l’expression de MCAM par les cellules endothéliales de la BHE est plus marquée au site des lésions de SEP et d’EAE, et on retrouve des lymphocytes CD4 et CD8 MCAM+ au sein de ces infiltrats périvasculaires du SNC. In vitro, les lymphocytes CD8 MCAM+ causent plus de mort oligodendrocytaire et bloquer MCAM diminue la transmigration des CD8 TC17 et des CD4 TH17 à travers les cellules endothéliales de la BHE humaine. In vivo, dépléter les lymphocytes CD4 ou CD8 MCAM+ améliore les signes cliniques de l’EAE par transfert. Par ailleurs, l’expression de MCAM est régulée à la hausse à la surface des lymphocytes CD4 et CD8 de la souris transgénique TCR1640, un modèle animal d’EAE spontanée. Finalement, bloquer MCAM atténue les déficits neurologiques chroniques aussi bien du modèle d’EAE induite avec le MOG35-55 que du modèle d’EAE spontanée. Conclusion: Nos données démontrent que les lymphocytes encéphalitogéniques produisant de l’IL-17 et présentant une capacité effectrice et migratoire marquée expriment MCAM. MCAM pourrait servir de biomarqueur en SEP et constituer une cible thérapeutique valable pour traiter les conditions neuroinflammatoires.

Rôle et expression de l'interleukine-27 dans le contexte de la sclérose en plaques

Des études antérieures ont indiqué que l’IL-27 supprime le développement de l’encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE), un modèle murin de la sclérose en plaques (SEP). L’expression en ARNm d’IL-27 est maximale au pic du développement de l’EAE. Cependant, sa contribution dans la pathogenèse de la SEP demeure irrésolue. Nous avons investigué si l’IL-27 contribue à moduler les réponses immunes dans le système nerveux central (SNC) de patients SEP. Nos résultats d’immunohistochimie sur échantillons post-mortem de cerveaux humains ont révélé que la production des deux sous-unités d’IL-27 (EBI-3 et p28) est plus élevée chez des patients comparés à des contrôles. De plus, les astrocytes (GFAP) et les microglies/macrophages (Iba1) représentent des sources biologiques importantes de l’IL-27 dans les lésions. Les lymphocytes T CD4 et CD8 qui infiltrent le SNC des patients expriment d’ailleurs le récepteur de l’IL-27 composé des chaînes gp130 et TCCR, supportant le concept que ces cellules pourraient répondre aux sources locales d’IL-27. Nous avons également démontré que des combinaisons de cytokines pro-inflammatoires (IFNγ, IL-1β et TNF) augmentent l’expression in vitro d’IL-27 par les astrocytes et macrophages humains, et que les microglies/macrophages de phénotype M1 produisent l’IL-27. Enfin, nous avons démontré que les astrocytes humains expriment aussi le récepteur à l’IL-27 et répondent à l’IL-27 par la phosphorylation de STAT1, mais pas de STAT3. Une telle signalisation dans ces cellules mène à l’augmentation d’expression de la molécule de co-inhibition PD-L1 et de la sécrétion de la chimiokine CXCL10.

The Immunomodulatory Action of Sialostatin L on Dendritic Cells Reveals Its Potential to Interfere with Autoimmunity

Sialostatin L (SialoL) is a secreted cysteine protease inhibitor identified in the salivary glands of the Lyme disease vector Ixodes scapularis. In this study, we reveal the mechanisms of SialoL immunomodulatory actions on the vertebrate host. LPS-induced maturation of dendritic cells from C57BL/6 mice was significantly reduced in the presence of SialoL. Although OVA degradation was not affected by the presence of SialoL in dendritic cell cultures, cathepsin S activity was partially inhibited, leading to an accumulation of a 10-kDa invariant chain intermediate in these cells. As a consequence, in vitro Ag-specific CD4(+) T cell proliferation was inhibited in a time-dependent manner by SialoL, and further studies engaging cathepsin S(-/-) or cathepsin L(-/-) dendritic cells confirmed that the immunomodulatory actions of SialoL are mediated by inhibition of cathepsin S. Moreover, mice treated with SialoL displayed decreased early T cell expansion and recall response upon antigenic stimulation. Finally, SialoL administration during the immunization phase of experimental autoimmune encephalomyelitis in mice significantly prevented disease symptoms, which was associated with impaired IFN-gamma and IL-17 production and specific T cell proliferation. These results illuminate the dual mechanism by which a human disease vector protein modulates vertebrate host immunity and reveals its potential in prevention of an autoimmune disease. The Journal of Immunology, 2009, 182: 7422-7429.

Efeito da vacina gênica para tuberculose(pVAXhsp65) na encefalite autoimune experiemtal

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Efeito da infecção com Strongyloides venezuelensis no desenvolvimento da encefalite autoimune (EUA)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Downmodulation of peripheral MUG-specific immunity by pVAXhspe65 treatment during EAE does not reach the CNS

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)