Identification of novel innate immune mechanisms regulating inflammation in the gastrointestinal tract

The Gastro-Intestinal (GI) tract is a unique region in the body. Our innate immune system retains a fine homeostatic balance between avoiding inappropriate inflammatory responses against the myriad commensal microbes residing in the gut while also remaining active enough to prevent invasive pathogenic attack. The intestinal epithelium represents the frontline of this interface. It has long been known to act as a physical barrier preventing the lumenal bacteria of the gastro-intestinal tract from activating an inflammatory immune response in the immune cells of the underlying mucosa. However, in recent years, an appreciation has grown surrounding the role played by the intestinal epithelium in regulating innate immune responses, both in the prevention of infection and in maintaining a homeostatic environment through modulation of innate immune signalling systems. The aim of this thesis was to identify novel innate immune mechanisms regulating inflammation in the GI tract. To achieve this aim, we chose several aspects of regulatory mechanisms utilised in this region by the innate immune system. We identified several commensal strains of bacteria expressing proteins containing signalling domains used by Pattern Recognition Receptors (PRRs) of the innate immune system. Three such bacterial proteins were studied for their potentially subversive roles in host innate immune signalling as a means of regulating homeostasis in the GI tract. We also examined differential responses to PRR activation depending on their sub-cellular localisation. This was investigated based on reports that apical Toll-Like Receptor (TLR) 9 activation resulted in abrogation of inflammatory responses mediated by other TLRs in Intestinal Epithelial Cells (IECs) such as basolateral TLR4 activation. Using the well-studied invasive intra-cellular pathogen Listeria monocytogenes as a model for infection, we also used a PRR siRNA library screening technique to identify novel PRRs used by IECs in both inhibition and activation of inflammatory responses. Many of the PRRs identified in this screen were previously believed not to be expressed in IECs. Furthermore, the same study has led to the identification of the previously uncharacterised TLR10 as a functional inflammatory receptor of IECs. Further analysis revealed a similar role in macrophages where it was shown to respond to intracellular and motile pathogens such as Gram-positive L.monocytogenes and Gram negative Salmonella typhimurium. TLR10 expression in IECs was predominantly intracellular. This is likely in order to avoid inappropriate inflammatory activation through the recognition of commensal microbial antigens on the apical cell surface of IECs. Moreover, these results have revealed a more complex network of innate immune signalling mechanisms involved in both activating and inhibiting inflammatory responses in IECs than was previously believed. This contribution to our understanding of innate immune regulation in this region has several direct and indirect benefits. The identification of several novel PRRs involved in activating and inhibiting inflammation in the GI tract may be used as novel therapeutic targets in the treatment of disease; both for inducing tolerance and reducing inflammation, or indeed, as targets for adjuvant activation in the development of oral vaccines against pathogenic attack.

Immunomodulatory effects exerted by Lactobacillus salivarius strains on innate immune cells

Despite increased application of commensal bacteria for attempting to improve the symptoms of a variety of inflammatory conditions, including inflammatory bowel diseases, diarrhoea and irritable bowel syndrome, therapeutic approaches that involve live bacteria are hampered by a limited understanding of bacterium-host interactions. Lactobacilli are natural inhabitants of the mammalian gastrointestinal tract and many lactobacilli are regarded as probiotics meaning that they exert a beneficial influence on the health status of their consumers. Modulation of immune responses is a plausible mechanism underlying these beneficial effects. The aim of this thesis was to investigate the effect of 33 Lactobacillus salivarius strains on the production of inflammatory cytokines from a variety of human and mouse immune cells. Induction of immune responses in vitro was shown to be bacterial- and mouse strain-dependent, cell type-dependent, blood donor-dependent and bacterial cell number-dependent. Collectively, these data suggest the importance of a case-by-case selection of candidate strains for their potential therapeutic application. Toll-like receptors (TLRs) recognize microbe-associated molecular patterns (MAMPs) and play a critical role in shaping microbial-specific innate and adaptive immune responses. Following ligand engagement, TLRs trigger a complex network of signalling that culminate in the production of inflammatory mediators. The investigation of the molecular mechanisms underlying the Lb. salivarius-host interaction resulted in the identification of a novel role for TLR2 in negatively regulating TLR4 signalling originated from subcellular compartments within macrophages. Notably, sustained activation of JAK/STAT cascade and M1-signature genes in TLR2-/- macrophages was ablated by selective TLR4 and JAK inhibitors and by absence of TLR4 in TLR2/4-/- cells. In addition, other negative regulators of TLR signalling triggered by Lb. salivarius strains were found to be the adapter molecules TIRAP and TRIF. Understanding negative regulation of TLR signalling may pave the way for the development of novel therapeutics to limit inflammation in multiple diseases.

Stress-induced visceral pain in rodents: neurochemical, hormonal, immune and epigenetic mechanisms

Visceral pain is a debilitating disorder which affects up to 25% of the population at any one time. It is a global term used to describe pain originating from the internal organs, which is distinct from somatic pain. Currently the treatment strategies are unsatisfactory, with development of novel therapeutics hindered by a lack of detailed knowledge of the underlying mechanisms. The work presented in this thesis aimed to redress this issue and look in more detail at the molecular mechanisms of visceral pain in preclinical models. Stress has long been implicated in the pathophysiology of visceral pain in both preclinical and clinical studies. Here a mouse model of early-life stress-induced visceral hypersensitivity was validated. Moreover, mouse strain differences were also apparent in visceral sensitivity suggesting a possible genetic component to the underlying pathophysiology. Furthermore, gender and sex hormones were also implicated in stress sensitivity and visceral pain. Using the rat model of maternal separation, some of the epigenetic mechanisms underpinning visceral hypersensitivity, specifically the contribution of histone acetylation were unravelled. Glutamate has been well established in somatic pain processing, however, its contribution to visceral pain has not been extensively characterised. It was found that glutamate uptake is impaired in viscerally hypersensitive animals, an effect which could be reversed by treatment with riluzole, a glutamate uptake activator. Moreover, negative modulation of the metabotropic glutamate (mGlu) receptor 7 was sufficient to reverse visceral hypersensitivity in a stress sensitive rat strain, the Wistar Kyoto rat. Furthermore, toll-like receptor 4 (TLR4) was implicated in chronic stress-induced visceral hypersensitivity. Taken together, these findings have furthered our knowledge of the pathophysiology of visceral pain. In addition, we have identified glutamate transporters, mGlu7 receptor, histone acetylation and TLR4 as novel targets, amenable to pharmacological manipulation for the specific treatment of visceral pain.

Expression of galectin-3 in the tumor immune response in colon cancer.

The role of tumor-associated macrophages (TAMs) is controversial. Although most studies on different cancer types associate them with a poorer prognosis, interestingly in colon cancer, most articles indicate that TAMs prevent tumor development; patients with high TAMs have better prognosis and survival rate. M1-polarized macrophages produce high level of tumor necrosis factor-alpha, interleukin-1 beta or reactive oxygen species, which can effectively kill susceptible tumor cells. In contrast, M2-polarized macrophages can secrete different factors that promote tumor cell growth and survival or favor angiogenesis and tissue invasion. Considering the beneficial role of TAMs in colon cancer, we speculated that they may not display the M2 polarization commonly observed in tumor microenvironment, but rather develop M1 properties. Therefore, we used an in vitro model to analyze the effects of supernatants from M1-polarized macrophages on DLD-1 colon cancer cells. Our data indicate that the conditioned medium from LPS-activated macrophages (CM-LAM) contains a high level of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor, interleukins-1 beta, -6, -8 and tumor necrosis factor-alpha, and that it exerts a marked growth inhibitory activity on DLD-1 cells. Prolonged exposure to CM-LAM results in cell death by apoptosis. Such exposure to CM-LAM leads to the modulation of gal-3 expression: we observed a marked downregulation of gal-3 mRNA and protein expression following CM-LAM treatment. We also describe that the knockdown of gal-3 sensitizes DLD-1 cells to CM-LAM. These data suggest an involvement of gal-3 in the response of colon cancer cells to proinflammatory stimuli, such as the conditioned medium from activated macrophages.

Immune responses and vaccine-induced immunity against Porcine circovirus type 2

Porcine circovirus type 2 (PCV2) is essential but not sufficient for postweaning multi-systemic wasting syndrome (PMWS) occurrence in pigs. The outcome of PCV2 infection depends on the specific immune responses that are developing during the infection. Diseased pigs are immunosupressed and unable to mount effective immune responses to clear the virus from circulation. In the final stage, PMWS-affected pigs suffer from extensive lymphoid lesions and altered cytokine expression patterns in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) and lymphoid organs. PCV2 infection can also be asymptomatic, demonstrating that not every infection will guarantee the occurrence of severe immunopathological disturbances. Asymptomatic animals have higher virus specific and neutralising antibody titres than PMWS-affected animals. Recent results have pointed out that the mechanisms by which PCV2 can affect the immune responses involve the induction of IL-10, virus accumulation into and modulation of plasmacytoid dendritic cells and the role of viral DNA in regulation of immune cell functions. Fourteen years after the first description of PMWS in Canada, efficient commercial vaccines against PCV2 are available. The vaccine success is based on activated humoral and cellular immune responses against PCV2. This review focuses on the recent research on immunological aspects during PCV2 infections and summarizes what is currently known about the vaccine-induced immunity. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Immunotoxicity of aflatoxin B1: Impairment of the cell-mediated response to vaccine antigen and modulation of cytokine expression

Aflatoxin B1 (AFB1), a mycotoxin produced by Aspergillus flavus or A. parasiticus, is a frequent contaminant of food and feed. This toxin is hepatotoxic and immunotoxic. The present study analyzed in pigs the influence of AFB1 on humoral and cellular responses, and investigated whether the immunomodulation observed is produced through interference with cytokine expression. For 28 days, pigs were fed a control diet or a diet contaminated with 385, 867 or 1807 mu g pure AFB1/kg feed. At days 4 and 15, pigs were vaccinated with ovalbumin. AFB1 exposure, confirmed by an observed dose-response in blood aflatoxin-albumin adduct, had no major effect on humoral immunity as measured by plasma concentrations of total IgA, IgG and IgM and of anti-ovalbumin IgG. Toxin exposure did not impair the mitogenic response of lymphocytes but delayed and decreased their specific proliferation in response to the vaccine antigen, suggesting impaired lymphocyte activation in pigs exposed to AFB1. The expression level of pro-inflammatory (TNF-alpha, IL-1 beta, IL-6, IFN-gamma) and regulatory (IL-10) cytokines was assessed by real-time PCR in spleen. A significant up-regulation of all 5 cytokines was observed in spleen from pigs exposed to the highest dose of AFB1. In pigs exposed to the medium dose, IL-6 expression was increased and a trend towards increased IFN-gamma and IL-10 was observed. In addition we demonstrate that IL-6 impaired in vitro the antigenic- but not the mitogenic-induced proliferation of lymphocytes from control pigs vaccinated with ovalbumin. These results indicate that AFB1 dietary exposure decreases cell-mediated immunity while inducing an inflammatory response. These impairments in the immune response could participate in failure of vaccination protocols and increased susceptibility to infections described in pigs exposed to AFB1. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Oxidation and glycoxidation of phosphatidylserine and their effect in immune response : a lipidomic approach

Phosphatidylserine (PS) is a member of the class of phospholipids, and is distributed among all cells of mammalians, playing important roles in diverse biological processes, including blood clotting and apoptosis. When externalized, PS is a ligand that is recognized on apoptotic cells. It has been considered that before externalization PS is oxidized and oxPS enhance the recognition by macrophages receptors, however the knowledge about oxidation of PS is still limited. PS, like others phospholipids, has two fatty acyl chains and one polar head group, in this case is the amino acid serine. The modifications in PS structure can occur by oxidation of the unsaturated fatty acyl chains and by glycation of the polar head group, due to free amine group, thus increasing the susceptibility to oxidative events. The main goal of this work was to characterize and identify oxidized and glycoxidized PS, contributing to the knowledge of the biological role of oxidation products of PS, as well as of glycated PS, in immune and inflammatory processes. To achieve this goal, PS standards (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phospho- L-serine (POPS), 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phospho-L-serine (DPPS), 1- palmitoyl-2-linoleoyl-sn-glycero-3-phospho-L-serine (PLPS) and 1-palmitoyl-2- arachidonoyl-sn-glycero-3-phospho-L-serine (PAPS)) and glycated PS (PAPS and POPS) were induced to oxidize in model systems, using different oxidant reagents: HO• and 2,2'-azobis-2-methyl-propanimidamide dihydrochloride (AAPH) . The detailed structural characterization of the oxidative products was performed by ESI-MS and MS/MS coupled to separation techniques such as off line TLC-MS and on line LC-MS, in order to obtained better characterization of the larger number of PS and glycated PS oxidation products. The results obtained in this work allowed to identify several oxidation products of PS and glycated PS with modifications in unsaturated fatty acyl chain. Also, oxidation products formed due to structural changes in the serine polar head with formation of terminal acetamide, terminal hydroperoxyacetaldehyde.and terminal acetic acid (glycerophosphacetic acid, GPAA) were identified. The mass spectrometric specific fragmentation pathway of each type of oxidation product was determined using different mass spectrometry approaches. Based on the identified fragmentation pathways, targeted lipidomic analysis was performed to detect oxidation products modified in serine polar head in HaCaT cell line treated with AAPH. The GPAA was detected in HaCaT cells treated with AAPH to induce oxidative stress, thus confirming that modifications in PS polar head is possible to occur in biological systems. Furthermore, it was found that glycated PS species are more prone to oxidative modifications when compared with non glycated PS. During oxidation of glycated PS, besides the oxidation in acyl chains, new oxidation products due to oxidation of the glucose moiety were identified, including PS advanced glycation end products (PSAGES). To investigate if UVA oxidative stress exerted changes in the lipidome of melanoma cell lines, particularly in PS profile, a lipidomic analysis was performed. The lipid profile was obtained using HILIC-LC-MS and GC-MS analysis of the total lipid extracts obtained from human melanoma cell line (SKMEL- 28) after UVA irradiation at 0, 2 and 24 hours. The results did not showed significant differences in PS content. At molecular level, only PS (18:0:18:1) decreased at the moment of irradiation. The most significant changes in phospholipids content occurred in phosphatidylcholines (PC) and phosphatidylinositol (PI) classes, with an increase of mono-unsaturated fatty acid (MUFA), similarly as observed for the fatty acid analysis. Overall, these data indicate that the observed membrane lipid changes associated with lipogenesis after UVA exposure may be correlated with malignant transformations associated with cancer development and progression. Despite of UVA radiation is associated with oxidative damage, in this work was not possible observe oxidation phospholipids. The anti/pro-inflammatory properties of the oxidized PLPS (oxPLPS) versus non-oxidized PLPS were tested on LPS stimulated RAW 264.7 macrophages. The modulation of intracellular signaling pathways such as NF-kB and MAPK cascades by oxPLPS and PS was also examined in this study. The results obtained from evaluation of anti/pro-inflammatory properties showed that neither PLPS or oxPLPS species activated the macrophages. Moreover only oxidized PLS were found to significantly inhibit NO production and iNOS and il1β gene transcription induced by LPS. The analysis at molecular level showed that this was the result of the attenuation of LPS-induced c-Jun-N-terminal kinase (JNK) and p65 NF-kB nuclear translocation. Overall these data suggest that oxPLPS, but not native PLPS, mitigates pro-inflammatory signaling in macrophages, contributing to containment of inflammation during apoptotic cell engulfment. The results obtained in this work provides new information on the modifications of PS, facilitating the identification of oxidized species in complex samples, namely under physiopathologic conditions and also contributes to a better understanding of the role of oxPS and PS in the inflammatory response, in the apoptotic process and other biological functions.

Neuroendocrinology of cooperation: the role of neuropeptides on the modulation of mutualistic behaviour of the Indo-Pacific Cleaner Wrasse (Labroides dimidiatus)

Tese de doutoramento, Ciências do Mar, da Terra e do Ambiente, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Cortical and autonomic modulation of attentional control /

Whereas the role of the anterior cingulate cortex (ACC) in cognitive control has received considerable attention, much less work has been done on the role of the ACC in autonomic regulation. Its connections through the vagus nerve to the sinoatrial node of the heart are thought to exert modulatory control over cardiovascular arousal. Therefore, ACC is not only responsible for the implementation of cognitive control, but also for the dynamic regulation of cardiovascular activity that characterizes healthy heart rate and adaptive behaviour. However, cognitive control and autonomic regulation are rarely examined together. Moreover, those studies that have examined the role of phasic vagal cardiac control in conjunction with cognitive performance have produced mixed results, finding relations for specific age groups and types of tasks but not consistently. So, while autonomic regulatory control appears to support effective cognitive performance under some conditions, it is not presently clear just what factors contribute to these relations. The goal of the present study was, therefore, to examine the relations between autonomic arousal, neural responsivity, and cognitive performance in the context of a task that required ACC support. Participants completed a primary inhibitory control task with a working memory load embedded. Pre-test cardiovascular measures were obtained, and ontask ERPs associated with response control (N2/P3) and error-related processes (ERN/Pe) were analyzed. Results indicated that response inhibition was unrelated to phasic vagal cardiac control, as indexed by respiratory sinus arrhythmia (RSA). However, higher resting RSA was associated with larger ERN ampUtude for the highest working memory load condition. This finding suggests that those individuals with greater autonomic regulatory control exhibited more robust ACC error-related responses on the most challenging task condition. On the other hand, exploratory analyses with rate pressure product (RPP), a measure of sympathetic arousal, indicated that higher pre-test RPP (i.e., more sympathetic influence) was associated with more errors on "catch" NoGo trials, i.e., NoGo trials that simultaneously followed other NoGo trials, and consequently, reqviired enhanced response control. Higher pre-test RPP was also associated with smaller amplitude ERNs for all three working memory loads and smaller ampUtude P3s for the low and medium working memory load conditions. Thus, higher pretest sympathetic arousal was associated with poorer performance on more demanding "catch" NoGo trials and less robust ACC-related electrocortical responses. The findings firom the present study highlight tiie interdependence of electrocortical and cardiovascular processes. While higher pre-test parasympathetic control seemed to relate to more robust ACC error-related responses, higher pre-test sympathetic arousal resulted in poorer inhibitory control performance and smaller ACC-generated electrocortical responses. Furthermore, these results provide a base from which to explore the relation between ACC and neuro/cardiac responses in older adults who may display greater variance due to the vulnerabihty of these systems to the normal aging process.

Caractérisation moléculaire de la modulation spatio-temporelle des fonctions du phagosome

La phagocytose est un processus par lequel des cellules spécialisées du système immunitaire comme les macrophages ingèrent des microorganismes envahisseurs afin de les détruire. Les microbes phagocytés se retrouvent dans un compartiment intracellulaire nommé le phagosome, qui acquiert graduellement de nombreuses molécules lui permettant de se transformer en phagolysosome possédant la capacité de tuer et dégrader son contenu. L’utilisation de la protéomique a permis de mettre en évidence la présence de microdomaines (aussi nommés radeaux lipidiques ou radeaux membranaires) sur les phagosomes des macrophages. Notre équipe a démontré que ces radeaux exercent des fonctions cruciales au niveau de la membrane du phagosome. D’abord nous avons observé que la survie du parasite intracellulaire L. donovani est possible dans un phagosome dépourvu de radeaux lipidiques. Parallèlement nous avons constaté qu’un mutant de L. donovani n’exprimant pas de LPG à sa surface(LPG-) est rapidement tué dans un phagosome arborant des radeaux membranaires. Pour comprendre le mécanisme de perturbation des microdomaines du phagosome par la molécule LPG, nous avons provoqué la phagocytose de mutants LPG- du parasite et comparé par microscopie les différences avec le parasite de type sauvage. Nous avons ainsi démontré que le LPG de L. donovani est nécessaire et suffisant au parasite pour empêcher la maturation normale du phagosome. Nous avons également découvert que la molécule LPG permet d’empêcher la formation des radeaux lipidiques sur le phagosome et peut aussi désorganiser les radeaux lipidiques préexistants. Enfin, nous avons montré que l’action de LPG est proportionnelle au nombre d’unités répétitives de sucres (Gal(β1,4)-Manα1-PO4) qui composent cette molécule. Nos travaux ont démontré pour la première fois le rôle important de ces sous-domaines membranaires dans la maturation du phagosome. De plus, nos conclusions seront des pistes à suivre au cours des études cliniques ayant pour but d’enrayer la leishmaniose. Le second objectif de ce travail consistait à effectuer la caractérisation des radeaux lipidiques par une analyse protéomique et lipidomique à l’aide de la spectrométrie de masse. Nous avons ainsi entrepris l’identification systématique des protéines présentes dans les radeaux membranaires des phagosomes et ce, à trois moments clés de leurmaturation. Le traitement des phagosomes purifiés avec un détergent nous a permis d’isoler les «Detergent Resistent Membranes» (DRMs) des phagosomes, qui sont l’équivalent biochimique des radeaux membranaires. Nous avons ainsi établi une liste de 921 protéines associées au phagosome, dont 352 sont présentes dans les DRMs. Les protéines du phagosome sont partagées presque également entre trois tendances cinétiques (augmentation, diminution et présence transitoire). Cependant, une analyse plus spécifique des protéines des DRMs démontre qu’une majorité d’entre elles augmentent en fonction de la maturation. Cette observation ainsi que certains de nos résultats montrent que les radeaux lipidiques des phagosomes précoces sont soit très peu nombreux, soit pauvres en protéines, et qu’ils sont recrutés au cours de la maturation du phagosome. Nous avons aussi analysé les phospholipides du phagosome et constaté que la proportion entre chaque classe varie lors de la maturation. De plus, en regardant spécifiquement les différentes espèces de phospholipides nous avons constaté que ce ne sont pas uniquement les espèces majoritaires de la cellule qui dominent la composition de la membrane du phagosome. L’ensemble de nos résultats a permis de mettre en évidence plusieurs fonctions potentielles des radeaux lipidiques, lesquelles sont essentielles à la biogenèse des phagolysosomes (signalisation, fusion membranaire, action microbicide, transport transmembranaire, remodelage de l’actine). De plus, la cinétique d’acquisition des protéines de radeaux lipidiques indique que ceux-ci exerceraient leurs fonctions principalement au niveau des phagosomes ayant atteint un certain niveau de maturation. L’augmentation du nombre de protéines des radeaux membranaires qui s’effectue durant la maturation du phagosome s’accompagne d’une modulation des phospholipides, ce qui laisse penser que les radeaux membranaires se forment graduellement sur le phagosome et que ce ne sont pas seulement les protéines qui sont importées.

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.

L’œstrogène : un rôle potentiel dans la modulation de l’activation pro-inflammatoire des cellules endothéliales vasculaires par la voie du Toll-Like Receptor 2

Grâce aux nombreuses études sur le sujet, nous savons qu’une stimulation inflammatoire vasculaire excessive entraîne un débalancement des fonctions homéostatiques de l’endothélium. Ce débalancement est à l’origine d’une dysfonction endothéliale définie comme étant l’étape clé contribuant au développement de l’athérosclérose. Le Toll-like receptor-2 (TLR2) est impliqué dans l’activation cellulaire via la transcription des gènes liés à l’inflammation. Il reconnaît des molécules microbiennes mais également des facteurs endogènes non-infectieux tels que sécrétés par les tissus endommagés provenant de la dysfonction endothéliale. Ainsi, l’activation et la signalisation du TLR2 sont en étroite relation avec le développement de l’athérosclérose. Les études épidémiologiques ont confirmé le rôle athéroprotecteur de l’œstrogène via de nombreux mécanismes d’action. Ainsi, nous avons cherché à identifier de nouvelles cibles moléculaires permettant de mieux interpréter les bénéfices potentiels de l’œstrogène sur le système cardiaque. Pour la première fois chez les cellules endothéliales (CE) vasculaires de souris, nos travaux ont confirmé l’effet anti-inflammatoire de l’œstrogène via la diminution de l’expression et de l’activité du TLR2. Nous avons également déterminé l’influence de l’œstrogène sur le profil de la réponse inflammatoire de ce récepteur en mesurant les potentiels endothéliaux de migration et d’adhésion. De plus, nous avons caractérisé les voies de signalisation impliquées en démontrant l’influence négative de l’œstrogène sur la phosphorylation des kinases activées par le TLR2; illustrant l’interaction entre l’œstrogène et la signalisation de ce récepteur. Nos travaux amènent ainsi de nouvelles connaissances sur la régulation endothéliale du TLR2 et mettent en lumière les effets anti-inflammatoires et vasculaires rapides de l’œstrogène.

Modulation de la réponse immunitaire dans le cerveau par la barrière hémato-encéphalique : implication en sclérose en plaques

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie inflammatoire du système nerveux central (SNC) caractérisée par une infiltration périvasculaire de cellules mononucléaires, telles que les lymphocytes T CD4+ et CD8+, les lymphocytes B ainsi que les cellules myéloïdes qui comprend les monocytes, les macrophages et les cellules dendritiques (DCs). Ce phénomène d’infiltration est dû à une fragilisation de la barrière hémato-encéphalique (BHE). L’entrée des cellules immunitaires au SNC va mener à la destruction de la gaine de myéline et donc à l’apparition de plaques de démyélinisation. Ainsi, nous avons émis l’hypothèse que la migration des divers sous-types de cellules immunitaires du sang périphérique à travers la BHE est contrôlée par des mécanismes moléculaires distincts et spécifiques à chaque type cellulaire. Afin de répondre à cette hypothèse, quatre différentes études ont été mises sur pieds. En premier lieu, nous démontrons un effet bénéfique des statines sur la BHE en SEP, en diminuant la migration des lymphocytes T et des monocytes, et en diminuant la diffusion de marqueurs moléculaire soluble. Ce phénomène s’opère via la suppression du processus d’isoprenylation, et en empêchant probablement la contraction des cellules endothéliales de la BHE. De plus, nous démontrons que les monocytes qui migrent au SNC en condition inflammé sont en mesures de se différencier en DCs et d’induire une réponse inflammatoire de la part des lymphocytes T CD4+. La migration des monocytes à travers la BHE est contrôlée par une nouvelle molécule d’adhérence nommée Ninjurin-1. Le blocage de Ninjurin-1 conduit à une inhibition spécifique de la migration des monocytes in vitro, ainsi qu’à une amélioration des signes cliniques du modèle animal de la SEP, soit l’encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE). Finalement, nous démontrons que la migration des lymphocytes T CD8+ au SNC s’effectue via l’intégrine alpha-4. De plus, la majorité des lymphocytes T CD8+ que l’on retrouve dans le liquide céphalo-rachidien de patients SEP, dans le SNC de souris EAE ainsi que dans le SNC de souris infectée au virus de l’hépatite murine portent un phénotype effecteur mémoire. Ces données pourraient expliquer l’émergence de leucoencéphalopathie multifocale progressive observée chez certains patients SEP traités au natalizumab, un anticorps dirigé contre l’intégrine alpha-4. En conclusion, notre étude a permis de démontrer l’importance des monocytes provenant de la périphérie dans le processus inflammatoire prenant part au SNC en SEP. L’inhibition d’entrée de ces cellules pourrait s’avérer bénéfique en SEP tout en permettant l’immuno-surveillance du cerveau, ce que l’anti-alpha-4 intégrine ne permet pas. Les statines pourraient s’avérer une autre option intéressante puisqu’elles agissent sur les processus inflammatoires impliqués dans la SEP.

Role of CD4+ T cells in the regulation of the immune response against encapsulated Group B Streptococcus

Le Streptocoque de groupe B (GBS) est un important agent d’infection invasive pouvant mener à la mort et demeure la cause principale de septicémie néonatale à ce jour. Neuf sérotypes ont été officiellement décrits basés sur la composition de la capsule polysaccharidique (CPS). Parmi ces sérotypes, le type III est considéré le plus virulent et fréquemment associé aux maladies invasives graves, telle que la méningite. Malgré que plusieurs recherches aient été effectuées au niveau des interactions entre GBS type III et les cellules du système immunitaire innées, aucune information n’est disponible sur la régulation de la réponse immunitaire adaptative dirigée contre ce dernier. Notamment, le rôle de cellules T CD4+ dans l’immuno-pathogenèse de l’infection causée par GBS n’a jamais été étudié. Dans cet étude, trois différents modèles murins d’infection ont été développé pour évaluer l’activation et la modulation des cellules T CD4+ répondantes au GBS de type III : ex vivo, in vivo, et in vitro. Les résultats d’infections ex vivo démontrent que les splénocytes totaux répondent à l’infection en produisant des cytokines de type-1 pro-inflammatoires. Une forte production d’IL-10 accompagne cette cascade inflammatoire, probablement dans l’effort de l’hôte de maintenir l’homéostasie. Les résultats démontrent aussi que les cellules T sont activement recrutées par les cellules répondantes du système inné en produisant des facteurs chimiotactiques, tels que CXCL9, CXCL10, et CCL3. Plus spécifiquement, les résultats obtenus à partir des cellules isolées T CD4+ provenant des infections ex vivo ou in vivo démontrent que ces cellules participent à la production d’IFN-γ et de TNF-α ainsi que d’IL-2, suggérant un profil d’activation Th1. Les cellules isolées T CD4+ n’étaient pas des contributeurs majeurs d’IL-10. Ceci indique que cette cytokine immuno-régulatrice est principalement produite par les cellules de l’immunité innée de la rate de souris infectées. Le profil Th1 des cellules T CD4+ a été confirmé en utilisant un modèle in vitro. Nos résultats démontrent aussi que la CPS de GBS a une role immuno-modulateur dans le développement de la réponse Th1. En résumé, cette étude adresse pour la première fois, la contribution des cellules T CD4+ dans la production d’IFN-γ lors d’une infection à GBS et donc, dans le développement d’une réponse de type Th1. Ces résultats renforcent d’avantage le rôle central de cette cytokine pour un control efficace des infections causées par ce pathogène.

Modulation par le récepteur neurokinine-1du mécanisme d’action des immunosuppresseurs chez les cellules T.

Le récepteur neurokinine 1 (NK1R) est impliqué dans la régulation des réponses immunitaires innées et adaptatives. Cependant, les mécanismes par lesquels le NK1R modulerait ces réponses ne sont pas connus. Chez les cellules T, les voies de la calcineurine et de la mTOR constituent les cibles d’immunosuppresseurs, comme la cyclosporine A (CsA), le tacrolimus et la rapamycine. Ainsi, nous avons voulu déterminer si le NK1R pourrait agir sur ces voies et si le blocage pharmacologique du NK1R avec des antagonistes sélectifs, pourrait augmenter l’action de ces immunosuppresseurs sur l’activation des cellules T. Tout d’abord, nos résultats ont montré que les cellules Jurkat (celules T humaines) exprimaient à la fois le gène du NK1R et de son ligand (les endokinines). Ceci suggère l'existence d'une régulation autocrine tachykinergique de la fonction des cellules T. Cette hypothèse est appuyée par nos données, où nous avons observé que le blocage du NK1R avec des antagonistes spécifiques (L-733,060 et L-703,606) chez les cellules Jurkat, inhibe la production d'IL-2 et diminue l'activation du NFAT (substrat de la calcineurine). De façon intéressante, nous avons montré un effet de combinaison entre les antagonistes du NK1R et les inhibiteurs de la calcineurine (CsA et tacrolimus) sur la production d’IL-2 et l’activation du NFAT. En revanche, le blocage du NK1R n'a pas d'effet inhibiteur sur l’activation de la mTOR et la p70S6K, mais réduit la phosphorylation de S6R (Ser235/236) et Akt (Ser473). Enfin, nous n’avons observé aucun effet de combinaison avec la rapamycine et l’antagoniste NK1R sur l’activation de mTOR et de sa voie de signalisation. L’ensemble de nos résultats, démontrent la présence d'un nouveau mécanisme de régulation de NFAT impliquant le système tachykinergique NK1R/endokinines chez les cellules T. Par conséquent, nous suggérons que la combinaison des antagonistes NK1R avec les inhibiteurs de la calcineurine pourrait être une alternative thérapeutique intéressante afin de réduire les doses de CsA et le FK506 dans les protocoles de prévention de rejet de greffes.