Myeloid differentiation factor-88/interleukin-1 signaling controls cardiac fibrosis and heart failure progression in inflammatory dilated cardiomyopathy.

RATIONALE: The myeloid differentiation factor (MyD)88/interleukin (IL)-1 axis activates self-antigen-presenting cells and promotes autoreactive CD4(+) T-cell expansion in experimental autoimmune myocarditis, a mouse model of inflammatory heart disease. OBJECTIVE: The aim of this study was to determine the role of MyD88 and IL-1 in the progression of acute myocarditis to an end-stage heart failure. METHODS AND RESULTS: Using alpha-myosin heavy chain peptide (MyHC-alpha)-loaded, activated dendritic cells, we induced myocarditis in wild-type and MyD88(-/-) mice with similar distributions of heart-infiltrating cell subsets and comparable CD4(+) T-cell responses. Injection of complete Freund's adjuvant (CFA) or MyHC-alpha/CFA into diseased mice promoted cardiac fibrosis, induced ventricular dilation, and impaired heart function in wild-type but not in MyD88(-/-) mice. Experiments with chimeric mice confirmed the bone marrow origin of the fibroblasts replacing inflammatory infiltrates and showed that MyD88 and IL-1 receptor type I signaling on bone marrow-derived cells was critical for development of cardiac fibrosis during progression to heart failure. CONCLUSIONS: Our findings indicate a critical role of MyD88/IL-1 signaling in the bone marrow compartment in postinflammatory cardiac fibrosis and heart failure and point to novel therapeutic strategies against inflammatory cardiomyopathy.

Ocular biocompatibility of novel Cyclosporin A formulations based on methoxy poly(ethylene glycol)-hexylsubstituted poly(lactide) micelle carriers.

Topical ocular drug delivery has always been a challenge for pharmaceutical technology scientists. In the last two decades, many nano-systems have been studied to find ways to overcome the typical problems of topical ocular therapy, such as difficult corneal penetration and poor drug availability. In this study, methoxy poly(ethylene glycol)-hexylsubstituted poly(lactides) (MPEG-hexPLA) micelle formulations, which are promising nanocarriers for poorly water soluble drugs, were investigated for the delivery of Cyclosporin A (CsA) to the eye. As a new possible pharmaceutical excipient, the ocular compatibility of MPEG-hexPLA micelle formulations was evaluated. An in vitro biocompatibility assessment on human corneal epithelial cells was carried out using different tests. Cytotoxicity was studied by using the [3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide] (MTT), and clonogenic tests and revealed that the CsA formulations and copolymer solutions were not toxic. After incubation with MPEG-hexPLA micelle formulations, the activation of caspase-dependent and -independent apoptosis as well as autophagy was evaluated using immunohistochemistry by analyzing the localization of four antibodies: (1) anti-caspase 3; (2) anti-apoptotic inducing factor (AIF); (3) anti-IL-Dnase II and (4) anti-microtubule-associated protein 1 light chain 3 (LC3). No apoptosis was induced when the cells were treated with the micelle solutions that were either unloaded or loaded with CsA. The ocular tolerance was assessed in vivo on rabbit eyes by Confocal Laser Scanning Ophthalmoscopy (CLSO), and very good tolerability was seen. The observed corneal surface was comparable to a control surface that was treated with a 0.9% NaCl solution. In conclusion, these results demonstrate that MPEG-hexPLA micelles are promising drug carriers for ocular diseases involving the activation of cytokines, such as dry eye syndrome and autoimmune uveitis, or for the prevention of corneal graft rejection.

Effects of the PPAR-beta agonist GW501516 in an in vitro model of brain inflammation and antibody-induced demyelination.

BACKGROUND: Brain inflammation plays a central role in numerous brain pathologies, including multiple sclerosis (MS). Microglial cells and astrocytes are the effector cells of neuroinflammation. They can be activated also by agents such as interferon-gamma (IFN-gamma) and lipopolysaccharide (LPS). Peroxisome proliferator-associated receptor (PPAR) pathways are involved in the control of the inflammatory processes, and PPAR-beta seems to play an important role in the regulation of central inflammation. In addition, PPAR-beta agonists were shown to have trophic effects on oligodendrocytes in vitro, and to confer partial protection in experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), an animal model of MS. In the present work, a three-dimensional brain cell culture system was used as in vitro model to study antibody-induced demyelination and inflammatory responses. GW 501516, a specific PPAR-beta agonist, was examined for its capacity to protect from antibody-mediated demyelination and to prevent inflammatory responses induced by IFN-gamma and LPS. METHODS: Aggregating brain cells cultures were prepared from embryonal rat brain, and used to study the inflammatory responses triggered by IFN-gamma and LPS and by antibody-mediated demyelination induced by antibodies directed against myelin-oligodendrocyte glycoprotein (MOG). The effects of GW 501516 on cellular responses were characterized by the quantification of the mRNA expression of tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha), interleukin-6 (IL-6), inducible NO synthase (i-NOS), PPAR-beta, PPAR-gamma, glial fibrillary acidic protein (GFAP), myelin basic protein (MBP), and high molecular weight neurofilament protein (NF-H). GFAP expression was also examined by immunocytochemistry, and microglial cells were visualized by isolectin B4 (IB4) and ED1 labeling. RESULTS: GW 501516 decreased the IFN-gamma-induced up-regulation of TNF-alpha and iNOS in accord with the proposed anti-inflammatory effects of this PPAR-beta agonist. However, it increased IL-6 m-RNA expression. In demyelinating cultures, reactivity of both microglial cells and astrocytes was observed, while the expression of the inflammatory cytokines and iNOS remained unaffected. Furthermore, GW 501516 did not protect against the demyelination-induced changes in gene expression. CONCLUSION: Although GW 501516 showed anti-inflammatory activity, it did not protect against antibody-mediated demyelination. This suggests that the protective effects of PPAR-beta agonists observed in vivo can be attributed to their anti-inflammatory properties rather than to a direct protective or trophic effect on oligodendrocytes.

Optimal T-cell receptor affinity for inducing autoimmunity.

T-cell receptor affinity for self-antigen has an important role in establishing self-tolerance. Three transgenic mouse strains expressing antigens of variable affinity for the OVA transgenic-I T-cell receptor were generated to address how TCR affinity affects the efficiency of negative selection, the ability to prime an autoimmune response, and the elimination of the relevant target cell. Mice expressing antigens with an affinity just above the negative selection threshold exhibited the highest risk of developing experimental autoimmune diabetes. The data demonstrate that close to the affinity threshold for negative selection, sufficient numbers of self-reactive T cells escape deletion and create an increased risk for the development of autoimmunity.

Minocycline promotes remyelination in aggregating rat brain cell cultures after interferon-γ plus lipopolysaccharide-induced demyelination.

Minocycline has been shown to inhibit microglia reactivity, and to decrease the severity and progression of experimental autoimmune encephalomyelitis, an animal model of multiple sclerosis. It remained to be examined whether minocycline was also able to promote remyelination. In the present study, myelinating aggregating brain cell cultures were used as a model to study the effects of minocycline on microglial reactivity, demyelination, and remyelination. Cultures were treated simultaneously with two inflammatory agents, interferon-γ (IFN-γ) and lipopolysaccharide (LPS), which caused an inflammatory response accompanied by demyelination. The inflammatory response was characterized by microglial reactivity, upregulation of inflammatory cytokines and iNOS, and increased phophorylation of P38 and P44/42 mitogen activated protein (MAP) kinases. Minocycline inhibited microglial reactivity, and attenuated the increased phophorylation of P38 and P44/42 MAP kinases. Demyelination, determined by a decrease in myelin basic protein (MBP) content and immunoreactivity 48 h after the treatment with the inflammatory agents, was not prevented by minocycline. However, 1 week after demyelination was assessed, the MBP content was restored in presence of minocycline, indicating that remyelination was promoted. Concomitantly, in cultures treated with minocycline, the markers of oligodendrocyte precursors cells (OPCs) and immature oligodendrocytes NG2 and O4, respectively, were decreased compared to cultures treated with the inflammatory agents only. These results suggest that minocycline attenuates microglial reactivity and favors remyelination by enhancing the differentiation of OPCs and immature oligodendrocytes.

Tolerogenic dendritic cells and their role in induction of immune tolerance

Les cellules dendritiques sont des cellules du système immunitaire qui permettent d'instruire les lymphocytes T, autres cellules de ce système, pour mettre en place une réponse immunitaire adaptée afin de combattre et vaincre une infection. Ces cellules dendritiques vont reconnaître des motifs spécifiquement exprimés par des pathogènes par l'intermédiaire de récepteurs exprimés à leur surface. En détectant ces molécules, elles vont s'activer et subir diverses modifications pour pouvoir activer les lymphocytes T. Elles vont alors interagir avec les lymphocytes Τ et transférer les informations nécessaires pour que ces cellules s'activent à leur tour et produisent différentes protéines de façon à éliminer le pathogène. En fonction du type de pathogène, les informations transférées entre les cellules dendritiques et les lymphocytes seront différentes de manière à produire la réponse immunitaire la mieux adaptée pour supprimer l'élément infectieux. Dans le corps, les cellules dendritiques circulent continuellement afin de détecter les éléments étrangers. Quand elles reconnaissent une protéine étrangère, elles la phagocytent, c'est-à-dire qu'elles la mangent afin de pouvoir la présenter aux lymphocytes T. Mais quand elles phagocytent un élément étranger, elles peuvent également prendre des éléments du soi, comme par exemple quand elles phagocytent une cellule infectée par un virus. Les cellules dendritiques doivent alors être capables de différentier les molécules du soi et du non-soi de façon à ne pas induire une réponse en présentant un antigène du soi aux lymphocytes T. D'autant plus que lors de leur développement, les lymphocytes Τ qui sont capables de reconnaître le soi sont éliminés mais ce système n'est pas parfait et donc certains lymphocytes Τ auto-reactifs peuvent se trouver dans le corps. Il existe ainsi d'autres mécanismes en périphérie du site de développement pour inhiber ces lymphocytes Τ auto-reactifs. Ce sont les mécanismes de tolérance. Quand les lymphocytes Τ induisent une réponse aux antigènes du soi, cela résulte à des maladies auto-immunes. Dans mon projet de recherche, nous avons travaillé avec des lignées de cellules dendritiques, c'est-à-dire des cellules dendritiques semblables à celles que l'on peut trouver in vivo mais qui sont immortalisées, elles peuvent donc être cultiver et manipuler in vitro. Nous avons génétiquement modifiées ces lignées cellulaires pour qu'elles expriment des molécules immunosuppressives afin d'étudier comment induire une tolérance immunitaire, c'est-à-dire si l'expression de ces molécules permet d'éviter de générer une réponse immunitaire. Pour cela, nous avons utilisé des modèles murins de tumeurs et de maladies auto-immunes. Nous avons démontré que ces lignées de cellules dendritiques peuvent être un grand outil de recherche pour étudier les bénéfices de différentes molécules immuno-modulatrices afin d'induire une tolérance immunitaire à différents antigènes. - Les cellules dendritiques sont responsables de l'induction des réponses immunitaires adaptatives. Suite à une infection microbienne, les cellules dendritiques s'activent, elles induisent l'expression de molécules de costimulation à leur surface, sécrètent des cytokines et induisent la différentiation des cellules Τ effectrices et mémoires. De plus, les cellules dendritiques ont un rôle important dans l'induction et la maintenance de la tolérance immunitaire au niveau du thymus et en périphérie, en induisant l'anergie, la délétion ou la conversion des cellules Τ naïves en cellules régulatrices. Dans notre groupe, une nouvelle lignée de cellules dendritiques appelée MuTu a été crée par la culture de cellules dendritiques tumorales isolées à partir d'une rate d'une souris transgénique, dans laquelle l'expression de l'oncogène SV40 et du GFP sont sous le contrôle du promoteur CD1 le, et sont ainsi spécifiquement exprimés dans les cellules dendritiques. Ces nouvelles lignées appartiennent au sous-type des cellules dendritiques conventionnelles exprimant CD8a. Elles ont conservé leur capacité d'augmenter l'expression des marqueurs de costimulation à leur surface ainsi que le production de cytokines en réponse à des ligands des récepteurs Toll, ainsi que leur capacité à présenter des antigènes associés aux molécules du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) de classe I ou II pour activer la prolifération et la différentiation des lymphocytes T. En utilisant un système de transduction de lentivirus de seconde génération, ces nouvelles lignées de cellules dendritiques ont été génétiquement modifiées pour sur-exprimer des molécules immunosuppressives (IL-10, TGFP latent, TGFp actif, Activin A, Arginase 1, IDO, B7DC et CTLA4). Ces lignées permettent d'étudier de manière reproductible le rôle de ces molécules potentiellement tolérogènes sur les réponses immunitaires in vitro et in vivo. Ces lignées potentiellement tolérogènes ont été testées, tout d'abord, in vitro, pour leur capacité à inhiber l'activation des cellules dendritiques, à bloquer la prolifération des cellules Τ ou à modifier leur polarisation. Nos résultats démontrent qu'en réponse à une stimulation, la sur-expression des molécules costimulatrices et la sécrétion de molécules pro- inflammatoires est réduite quand les cellules dendritiques sur-expriment l'IL-10. La sur¬expression de TGFp sous sa forme active induit le développement de cellules régulatrices CD4+ CD25+ Foxp3+ et bloque la réponse CD8 cytotoxique tandis que la sur-expression de CTLA4 à la surface des cellules dendritiques inhibe une réponse Thl et induit des lymphocytes Τ anergiques. Ces lignées ont également été utilisées pour étudier l'induction de tolérance in vivo. Tout d'abord, nous avons étudié l'induction de tolérance dans un modèle de développement de tumeurs. En effet, quand les lignées tumorales sont transférées dans les lignées de souris C57BL/6, elles sont reconnues comme du non-soi du à l'expression de l'oncogène SV40 et du GFP et sont éliminées. Ce mécanisme d'élimination a été étudié en utilisant une lignée de cellules dendritiques modifiée pour exprimer la luciférase et qui a permis de suivre le développement des tumeurs par de l'imagerie in vivo dans des animaux vivants. Ces lignées de cellules dendritiques MuTu sont éliminées dans la souris C57BL/6 par les lymphocytes CD8 et l'action cytotoxique de la perforine. Après plusieurs injections, les cellules dendritiques sur-exprimant CTLA4 ou l'actif TGFp peuvent casser cette réponse immunitaire inhérente aux antigènes de la lignée et induire le développement de la tumeur dans la souris C57BL/6. Le développement tumoral a pu être suivi en mesurant la bioluminescence émise par des cellules dendritiques modifiées pour exprimer à la fois l'actif TGFp et la luciférase. Ces tumeurs ont pu se développer grâce à la mise en place d'un microenvironnement suppressif pour échapper à l'immunité en recrutant des cellules myéloïde suppressives, des lymphocytes CD4 régulateurs et en induisant l'expression d'une molécule inhibitrice PD-1 à la surface des lymphocytes CD8 infiltrant la tumeur. Dans un deuxième temps, ces lignées tolérogènes ont également été testées dans un modèle murin de maladies auto-immunes, appelé l'encéphalomyélite auto-immune expérimental (EAE), qui est un modèle pour la sclérose en plaques. L'EAE a été induite dans la souris par le transfert de cellules de ganglions prélevées d'une souris donneuse préalablement immunisée avec une protéine du système nerveux central, la glycoprotéine myéline oligodendrocyte (MOG) émulsifiée dans de l'adjuvant complet de Freund. La vaccination des souris donneuses et receveuses avec les cellules sur-exprimant l'actif TGFP préalablement chargées avec la protéine MOG bloque l'induction de l'EAE. Nous sommes actuellement en train de définir les mécanismes qui permettent de protéger la souris du développement de la maladie auto-immune. Dans cette étude, nous avons ainsi démontré la possibilité d'induire la tolérance in vivo et in vitro à différents antigènes en utilisant nos nouvelles lignées de cellules dendritiques et en les modifiant pour exprimer des molécules immunosuppressives. En conséquence, ces nouvelles lignées de cellules dendritiques représentent un outil pour explorer les bénéfices de différentes molécules ayant des propriétés immuno-modulatrices pour manipuler le système immunitaire vers un phénotype tolérogène. - Dendritic cells (DC) are widely recognized as potent inducers of the adaptive immune responses. Importantly, after microbial infections, DC become activated, induce co- stimulation, secrete cytokines and induce effector and memory Τ cells. DC furthermore play an important role in inducing and maintaining central and peripheral tolerance by inducing anergy, deletion or commitment of antigen-specific naïve Τ cells into regulatory Τ cells. In our group, stable MuTu DC lines were generated by culture of splenic DC tumors from transgenic mice expressing the SV40 large Τ oncogene and the GFP under DC-specific CDllc promoter. These transformed DC belong to the CD8a+ conventional DC subtype and have fully conserved their capacity to upregulate co-stimulatory markers and produce cytokines after activation with Toll Like Receptors-ligands, and to present Major Histocompatibility class-I or MHCII-restricted antigens to activate Τ cell expansion and differentiation. Using a second- generation lentiviral transduction system, these newly developed MuTu DC lines were genetically modified to overexpress immunosuppressive molecules (IL-10, latent TGFp, active TGFp, Activin A, Arginase 1, IDO, B7DC and CTLA4). This allows to reproducibly investigate the role of these potentially tolerogenic molecules on in vitro and in vivo immune responses. These potentially tolerogenic DC were tested in vitro for their ability to inhibit DC activation, to prevent Τ cell proliferation and to modify Τ cell polarization. Our results show that the upregulation of costimulatory molecules and the secretion of pro-inflammatory cytokines were reduced upon stimulation of DC overexpressing IL-10. The overexpression of active TGFP induced the development of CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatory Τ cells and inhibited the cytotoxic CD8 Τ cell response as shown by using the OT-II Τ cell system whereas the surface expression of CTLA-4 on DC prevented the Thl response and prompted an anergic antigen-specific Τ cell response. These MuTu DC lines were also used in vivo in order to study the induction of tolerance. First we addressed the induction of tolerance in a model of tumorogenesis. The adoptively transferred tumor cell lines were cleared in C57BL/6 mice due to the foreign expression of SV40 LargeT and GFP. The mechanism of clearance of MuTu DC line into C57BL/6 mice was investigated by using luciferase-expressing DC line. These DC line allowed to follow, by in vivo imaging, the tumor development in living animals and determined that MuTu DC lines were eliminated in a perforin-mediated CD8 Τ cell dependent and CD4 Τ cell independent response. After multiple injections, DC overexpressing CTLA4 or active TGFp could break the immune response to these inherent antigens and induced DC tumorogenesis in wild type mice. The tumor outgrowth in C57BL/6 mice was nicely observed by double-transduced DC lines to express both luciferase and active TGFp. actTGFp-DC tumor was shown to recruit myeloid-derived suppressor cells, induce CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatory Τ cells and induce the expression of the inhibitory receptor PD-1 on tumor- infiltrating CD8+ Τ cells in order to escape tumor immunity. Tolerogenic DC lines were also tested for the induction of tolerance in a murine model of autoimmune disease, the experimental autoimmune encephalitis (EAE) model for human multiple sclerosis. EAE was induced in C57BL/6 mice by the adoptive transfer of lymph node cells isolated from donor mice previously immunized by a protein specific to the central nervous system, the myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) emulsified in the complete freund adjuvant. The vaccination of donor and recipient mice with MOG-pulsed actTGFP-DC line prevented EAE induction. We are still investigating how the active TGFP protect mice from EAE development. We generated tolerogenic DC lines inducing tolerance in vitro and in vivo. Thereby these MuTu DC lines represent a great tool to explore the benefits of various immuno-modulatory molecules to manipulate the immune system toward a tolerogenic phenotype.

Cyclosporine A delivery to the eye: a pharmaceutical challenge.

Systemic administration of cyclosporine A (CsA) is commonly used in the treatment of local ophthalmic conditions involving cytokines, such as corneal graft rejection, autoimmune uveitis and dry eye syndrome. Local administration is expected to avoid the various side effects associated with systemic delivery. However, the currently available systems using oils to deliver CsA topically are poorly tolerated and provide a low bioavailability. These difficulties may be overcome through formulations aimed at improving CsA water solubility (e.g. cyclodextrins), or those designed to facilitate tissue drug penetration using penetration enhancers. The use of colloidal carriers (micelles, emulsions, liposomes and nanoparticles) as well as the approach using hydrosoluble prodrugs of CsA have shown promising results. Solid devices such as shields and particles of collagen have been investigated to enhance retention time on the eye surface. Some of these topical formulations have shown efficacy in the treatment of extraocular diseases but were inefficient at reaching intraocular targets. Microspheres, implants and liposomes have been developed to be directly administered subconjunctivally or intravitreally in order to enhance CsA concentration in the vitreous. Although progress has been made, there is still room for improvement in CsA ocular application, as none of these formulations is ideal.

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.