Interferon regulatory factor (IRF) 3 is critical for the development of experimental autoimmune encephalomyelitis.

BACKGROUND: Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is an animal model of autoimmune inflammatory demyelination that is mediated by Th1 and Th17 cells. The transcription factor interferon regulatory factor 3 (IRF3) is activated by pathogen recognition receptors and induces interferon-beta production.

METHODS: To determine the role of IRF3 in autoimmune inflammation, we immunised wild-type (WT) and irf3-/- mice to induce EAE. Splenocytes from WT and irf3-/- mice were also activated in vitro in Th17-polarising conditions.

RESULTS: Clinical signs of disease were significantly lower in mice lacking IRF3, with reduced Th1 and Th17 cells in the central nervous system. Peripheral T-cell responses were also diminished, including impaired proliferation and Th17 development in irf3-/- mice. Myelin-reactive CD4+ cells lacking IRF3 completely failed to transfer EAE in Th17-polarised models as did WT cells transferred into irf3-/- recipients. Furthermore, IRF3 deficiency in non-CD4+ cells conferred impairment of Th17 development in antigen-activated cultures.

CONCLUSION: These data show that IRF3 plays a crucial role in development of Th17 responses and EAE and warrants investigation in human multiple sclerosis.

Caractérisation des mécanismes de régulation de l'activité du facteur de transcription IRF-3

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Étude des mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation de l'activité transriptionnelle d'IRF-3, de son activation à sa dégradation

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Étude des mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation de l'activité transriptionnelle d'IRF-3, de son activation à sa dégradation

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Type I IFN induction in response to Listeria monocytogenes in human macrophages: evidence for a differential activation of IFN regulatory factor 3 (IRF3)

Listeria monocytogenes is a prototypic bacterium for studying innate and adaptive cellular immunity as well as host defense. Using human monocyte-derived macrophages, we report that an infection with a wild-type strain, but not a listeriolysin O-deficient strain, of the Gram-positive bacterium L. monocytogenes induces expression of IFN-beta and a bioactive type I IFN response. Investigating the activation of signaling pathways in human macrophages after infection revealed that a wild-type strain and a hemolysin-deficient strain of L. monocytogenes activated the NF-kappaB pathway and induced a comparable TNF response. p38 MAPK and activating transcription factor 2 were phosphorylated following infection with either strain, and IFN-beta gene expression induced by wild-type L. monocytogenes was reduced when p38 was inhibited. However, neither IFN regulatory factor (IRF) 3 translocation to the nucleus nor posttranslational modifications and dimerizations were observed after L. monocytogenes infection. In contrast, vesicular stomatitis virus and LPS triggered IRF3 activation and signaling. When IRF3 was knocked down using small interfering RNA, a L. monocytogenes-induced IFN-beta response remained unaffected whereas a vesicular stomatitis virus-triggered response was reduced. Evidence against the possibility that IRF7 acts in place of IRF3 is provided. Thus, we show that wild-type L. monocytogenes induced an IFN-beta response in human macrophages and propose that this response involves p38 MAPK and activating transcription factor 2. Using various stimuli, we show that IRF3 is differentially activated during type I IFN responses in human macrophages.

Exploitation of Ebola Virus VP35 Protein to identify new drugs counteracting its type I IFN antagonism

Ebolaviruses (EBOVs) are among the most virulent and deadly pathogens ever known, causing fulminant haemorrhagic fevers in humans and non-human primates. The 2014 outbreak of Ebola virus disease (EVD) in West Africa has claimed more lives than all previous EVD outbreaks combined. The EBOV high mortality rates have been related to the virus-induced impairment of the host innate immunity reaction due to two virus-coded proteins, VP24 and VP35. EBOV VP35 is a multifunctional protein, it is essential for viral replication as a component of the viral RNA polymerase and it also participates in nucleocapsid assembly. Early during EBOV infection, alpha-beta interferon (IFN-α/β) production would be triggered upon recognition of viral dsRNA products by cytoplasmic retinoic acid-inducible gene I (RIG-I)-like receptors (RLRs). However, this recognition is efficiently prevented by the double-stranded RNA (dsRNA) binding activity of the EBOV VP35 protein, which hides RLRs binding sites on the dsRNA phosphate backbone as well the 5’-triphosphate (5’-ppp) dsRNA ends to RIG-I recognition. In addition to dsRNA binding and sequestration, EBOV VP35 inhibits IFN-α/β production preventing the activation of the IFN regulatory factor 3 (IRF-3) by direct interaction with cellular proteins. Previous studies demonstrated that single amino acid changes in the VP35 dsRNA binding domain reduce EBOV virulence, indicating that VP35 is an attractive target for antiviral drugs development. Within this context, here we report the establishment of a novel method to characterize the EBOV VP35 inhibitory function of the dsRNA-dependent RIG-I-mediated IFN-β signaling pathway in a BLS2 cell culture setting. In such system, a plasmid containing the promoter region of IFN-β gene linked with a luciferase reporter gene was transfected, together with a EBOV VP35 mammalian expression plasmid, into the IFN-sensitive A549 cell line, and the IFN-induction was stimulated through dsRNA transfection. Through alanine scanning mutational studies with biochemical, cellular and computational methods we highlighted the importance of some VP35 residues involved in dsRNA end-capping binding, such as R312, K282 and R322, that may serve as target for the development of small-molecule inhibitors against EBOV. Furthermore, we identified a synthetic compound that increased IFN-induction only under antiviral response stimulation and subverted VP35 inhibition, proving to be very attractive for the development of an antiviral drug. In conclusion, our results provide the establishment of a new assay as a straightforward tool for the screening of antiviral compounds that target i) dsRNA-VP35 or cellular protein-VP35 interaction and ii) dsRNA-dependent RIG-I-mediated IFN signaling pathway, in order to potentiate the IFN response against VP35 inhibition, setting the bases for further drug development.

An immune modulatory role for the fes proto-oncogene

The Fes protein tyrosine kinase is abundantly expressed in phagocytic immune cells, including tumor associated macrophages. Fes knockout mice (fes-/-) display enhanced sensitivity to LPS, and this was shown to be associated with increased NF-κB signaling and TNFα production from fes-/- macrophages. Interestingly, tumor onset in the mouse mammary tumor virus (MMTV-Neu) transgenic mouse model of breast cancer is significantly delayed in fes-/- mice, and this was associated with increased frequency of CD11b+ myeloid and CD3+ T cells in the premalignant mammary glands. Recent studies have also implicated Fes in cross-talk between MHC-I and the NF-κB and IRF-3 pathways in macrophages. Signal 3, the production of inflammatory cytokines and Type I interferons downstream of NF-κB and IRF-3 pathways in antigen presenting cells, is considered an important component of T-cell activation, after engagement of T cell receptor by MHC presented antigen (Signal 1) and co-receptors by their ligands (Signal 2). Using a lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) model of immune activation, I show that LPS stimulated fes-/- macrophages promote more robust activation of LCMV antigenspecific CD8+ T cells than wild type macrophages (fes+/+). Furthermore, LPS stimulated fes-/- macrophages showed increased phosphorylation of NF-B and IRF-3. I also showed that Fes colocalizes with MHC-I in dynamic vesicular structures within macrophages. These observations are consistent with a model where Fes regulates Signal 3 in antigen presenting cells through roles in cross-talk between MHC-I and the NF-kB and IRF-3 signaling pathways. This suggests that Fes plays an immune checkpoint role at the level of Signal 3, and that Fes inhibition could promote tumor immunity through increased Signal 3 driven T cell activation.

Rôles des kinases IKK et IKK-related dans les maladies inflammatoires chroniques : implications dans l’athérosclérose et la réponse hypoxique

L’inflammation est un procédé complexe qui vise l’élimination de l’agent causal de dommages tissulaires en vue de faciliter la réparation du tissu affecté. La persistance de l’agent causal ou l’incapacité à résoudre l’inflammation mène à un dérèglement homéostatique chronique qui peut avoir une incidence sur la morbidité et la mortalité. L’athérosclérose est une condition inflammatoire chronique des vaisseaux sanguins dont l’origine est multifactorielle. L’hypertension et l’état infectieux représentent respectivement des facteurs de risque classiques et émergents du développement de cette maladie. Les fondements initiaux de l’inflammation font intervenir l’immunité innée, la première ligne de défense dont disposent les cellules pour répondre à un signal de danger. Le but de cette thèse est d’examiner le rôle pro-inflammatoire d’une famille de kinases essentielles à l’immunité innée, soit celle des kinases de IkappaB (IKK) et des kinases IKK-related. Les kinases IKKalpha et IKKbeta forment le complexe IKK avec la molécule adaptatrice NEMO/IKKgamma. Ce complexe est chargé d’effectuer la phosphorylation de l’inhibiteur de NF-kappaB, IkappaBalpha, ce qui mène à sa dégradation et à la libération du facteur de transcription NF-kappaB. Nous montrons que le peptide vasoactif angiotensine II (AngII) induit l’activité phosphotransférase d’IKKbeta dans les VSMC par immunoprécipitation de NEMO puis essai kinase in vitro. Grâce à une approche ARN interférence (ARNi) dirigée contre IKK, nous montrons que cette kinase est responsable de la phosphorylation de p65/RelA. Nous montrons que le mécanisme d’induction de NF-kappaB par l’AngII est atypique, puisqu’il ne module pas IkappaBalpha, et montrons à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques que l’activation de p65 est indépendante des voies MEK-ERK-RSK, PI3K et de la transactivation du récepteur de l’EGF. Les kinases IKK-related Tank-binding kinase 1 (TBK1) et IKK-i sont quant à elles principalement activées suite à une infection bactérienne ou virale. Ces kinases phosphorylent directement le facteur de transcription interferon regulatory factor (IRF)-3. Nous montrons que le cytomégalovirus humain, un pathogène associé à l’athérosclérose, a la capacité d’induire l’activation de TBK1 dans les VSMC. L’usage d’ARNi dirigé contre TBK1 et IKKi montre que les 2 kinases sont impliquées dans l’activation d’IRF-3. De plus, nous montrons à l’aide d’une lignée de VSMC exprimant une version dominante négative d’IRF-3 que ce dernier est essentiel à la synthèse des chimiokines RANTES et IP-10, tel qu’analysé par RT-PCR. Par ailleurs, il a récemment été montré que les kinases IKK-related étaient étroitement liées à la transformation oncogénique, et que TBK1 était pro-angiogénique. Or, l’angiogenèse est le plus souvent modulée par la réponse hypoxique qui est d’ailleurs commune à la majorité des processus inflammatoires. Le facteur de transcription hypoxia inducible factor (HIF)-1 module l’angiogenèse, l’inflammation et la survie cellulaire. Nous montrons à l’aide de cellules Tbk1 et Ikbke -/- et d’une approche lentivirale que TBK1 est spécifiquement impliquée dans l’induction traductionnelle de HIF-1alpha en condition de stress hypoxique. L’expression de TBK1 est induite sous ces conditions, et cette kinase module la phosphorylation de ERK, RSK, Akt et TSC1. Les résultats originaux présentés dans cette thèse montrent donc que les kinases IKK et IKK-related exercent leurs actions pro-inflammatoires par des mécanismes distincts.

Caractérisation de la voie d'activation des interférons de type I

Codirecteur de recherche: Dr Sylvain Meloche

L’étude de l’impact des protéines non structurales NS1 et NS2 du virus respiratoire syncitial sur la réponse immunitaire innée

Le virus respiratoire syncytial (RSV) est un virus à ARN de polarité négative. Les études démontrent que toute la population sera infectée par ce virus au moins deux fois avant l’âge de 3 ans. Le RSV peut provoquer plusieurs pathologies respiratoires telles que la bronchiolite aiguë et la pneumonie. Les infections sévères corrèlent avec le développement de l’asthme. Lors d’une infection virale, les particules du RSV sont détectées par le senseur RIG-I qui induit l’activation des facteurs de transcription NF-κB et IRF-3. Respectivement, les facteurs de transcription activeront les réponses inflammatoire et antivirale. Au coeur des pathologies induites par le RSV se trouve une réponse immunitaire mal adaptée. Plus précisément, par l’entremise de NF-κB, le RSV provoque une production exagérée de cytokines et chimiokines qui induisent une réponse inflammatoire démesurée provoquant du dommage tissulaire. Paradoxalement, le RSV est capable d’échapper à la réponse antivirale. Ces deux phénomènes sont contrôlés par l’entremise des protéines non structurales NS1 et NS2. Le mécanisme délimitant le mode d’action de NS1 et NS2 sur la réponse antivirale reste à être déterminé. Avec pour objectif d’élucider comment NS1 et NS2 inhibent la réponse antivirale, nous avons investigué le mécanisme de reconnaissance de l’hôte vis-à-vis de RSV. Nous démontrerons, pour la première fois, que le senseur cytosolique MDA5 est impliqué dans la réponse antivirale contre le RSV. Nous présenterons des résultats préliminaires qui suggèrent que le rôle de MDA5 est non redondant à RIG-I. À l’aide d’ARN interférant dirigé contre RIG-I et de transfection de MDA5, nous démontrerons que MDA5 ne contribue pas à la phosphorylation d’IRF-3, mais plutôt qu’elle régit la stabilité du facteur de transcription. Nous démontrerons aussi que, contrairement à l’hypothèse actuelle sur le fonctionnement de NS1 et NS2, l’inhibition de ces derniers ne provoque pas une augmentation de la cytokine antivirale IFN−β. Cependant, l’expression ectopique de NS1 et NS2 réduit l’activité du promoteur de l’IFN-β et de la protéine cytoplasmic antivirale ISG56 lorsqu’elle est mesurée par essai luciférase.

Role of NOX2 and DUOX2 in the antiviral airway responses

Les voies respiratoires sont exposées à une panoplie de pathogènes. Lors d’une infection virale respiratoire les cellules qui recouvrent ces voies participent activement à la défense immunitaire contre ces derniers en limitant la propagation du virus et en engendrant une réponse proinflammatoire. Un évènement clef dans ces processus est l’activation des facteurs de transcription, notamment le « Nuclear Factor » (NF)-κB et l’« Interferon Regulatory Factor -3 » (IRF-3), qui régulent l’expression des cytokines antivirales et proinflammatoires. Des données récentes démontrent que les dérivés actifs de l’oxygène (ROS), produits suite à une infection virale, ont la capacité de réguler les voies de signalisation enclenchées par NF-κB et IRF-3. Une source importante de ROS est la famille de NADPH oxydases (NOX), qui contient les membres NOX1-5 et DUOX1 et 2. L’objectif de notre étude était d’identifier la NOX qui régule les mécanismes antiviraux et proinflammatoires suite à l’infection avec le virus respiratoire syncytial (RSV), qui cause des complications respiratoires majeures, et le virus Sendai (SeV), un modèle viral non-pathogène. Nos travaux ont permis d’identifier que NOX2 est une molécule clef dans la réponse proinflammatoire suite à l’infection virale. Plus spécifiquement, NOX2 est important pour l’activation de NF-κB et la sécrétion des cytokines régulées par ce dernier. De plus, nous avons observé une forte augmentation de la présence de DUOX2 dans les cellules de voies respiratoires humaines infectées par SeV. Une étude plus approfondie nous a permis de caractériser qu’une synergie entre deux cytokines secrétées lors de l’infection, soit l’interféron (IFN)β et le TNFα est responsable de l’induction de DUOX2. Nous avons aussi découvert que DUOX2 confère une activité antivirale et est nécessaire pour maintenir les taux des cytokines antivirales tardives IFNβ et IFNλ. Lors d’une infection avec RSV, l’induction de DUOX2 n’est pas détectable. Nous avons mis en évidence que RSV interfère avec l’expression de DUOX2 ce qui pourrait suggérer sa pathogénicité. En conclusion, nos travaux démontrent pour la première fois une implication spécifique des NADPH oxydase NOX2 et DUOX suite aux infections virales respiratoires.

Melatonin attenuates the TLR4-mediated inflammatory response through MyD88-and TRIF-dependent signaling pathways in an in vivo model of ovarian cancer

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

INFLUENCE OF TYPE 2 BOVINE VIRAL DIARRHEA VIRUS NPRO ON ENHANCEMENT OF BOVINE RESPIRATORY SYNCYTIAL VIRUS REPLICATION MEDIATED BY ANTAGONISM OF HOST CELL INTERFERON TYPE I RESPONSES

Bovine viral diarrhea virus (BVDV) is a member of the genus Pestivirus, Family Flaviviridae. The virus can infect many species of animals of the order Artiodactyla. The BVDV genome encodes an auto protease, Npro, that degrades interferon regulatory factor-3 (IRF-3) reducing type I interferon (IFN-I) production from host cells. Bovine respiratory syncytial virus (BRSV) is a member of the genus Pneumovirus, Family Paramyxoviridae. Concurrent infection with BVDV and BRSV causes more severe respiratory and enteric disease than infection with either virus alone. Our hypothesis was that Npro modulates the innate immune responses to BVDV infection and enhances replication of BVDV or BRSV co-infection. The noncytopathic BVDV2 viruses NY93/c N- Npro 18 EGFP (a mutant with modified Npro fused with enhanced green fluorescent protein), NY93 infectious clone (NY93/c), wild-type NY93-BVDV2 (NY93-wt), and BRSV were evaluated in this study. The objectives of this study were: (1) to characterize the replication kinetics and IFN-I induction in Madin-Darby bovine kidney (MDBK) cells following infection with each of the BVDV isolates, and (2) to characterize the influence of BVDV-mediated IFN-I antagonism on enhancement of BRSV replication in bovine turbinate (BT) cells. NY93/c N- Npro 18 EGFP replicated 0.4 – 1.6 TCID50 logs lower than NY93-wt in MDBK cells. NY93/c N- Npro 18 EGFP-infected MDBK cells synthesized IFN-I significantly higher than NY93/c- and NY93-wt-infected MDBK cells. BT cells co-infected with NY93/c N- Npro 18 EGFP/BRSV or NY93-wt/BRSV were evaluated to determine the effects of co-infection on BRSV replication and IFN-I induction in BT cells. BRSV RNA levels in NY93-wt/BRSV co-infected BT cells were 2.49, 2.79, and 2.89 copy number logs significantly greater than in NY93/c N- Npro 18 EGFP/BRSV co-infected BT cells on days 5, 7, and 9 post-infection, respectively. BVDV RNA levels in NY93/c N- Npro 18 EGFP-infected BT cells were 1.64 – 4.38 copy number logs lower than in NY93-wt-infected BT cells. NY93/c N- Npro 18 EGFP single and co-infected BT cells synthesized IFN-I significantly higher than NY93-wt single and co-infected BT cells. In summary, these findings suggest: (1) NY93/c N- Npro 18 EGFP BVDV2 induced higher levels of IFN-I than BVDV2-wt and may be useful as a safer, replicating BVDV vaccine, and (2) Enhancement of BRSV infection by BVDV co-infection is mediated by antagonism of IFN-I.

Bedeutung und Regulation von Apolipoprotein J in atherosklerotischen Läsionen

Apolipoprotein J (ApoJ) ist ein heterodimeres sekretiertes Glycoprotein, welchem sowohl antiapoptotische als auch antiinflammatorische Eigenschaften zugeschrieben werden. Es wird unter vielen pathophysiologischen Zuständen verstärkt exprimiert. Dazu zählen viele Krankheiten wie z.B. Krebs, M. Alzheimer, Creuzfeldt Jakob und Atherosklerose. Die vorliegende Arbeit befasst sich zum Einen mit der Funktion von ApoJ bei Atherosklerose und zum Anderen mit der Regulation von ApoJ durch in atherosklerotischen Läsionen vorkommende Bestandteile. Für die Untersuchungen der Funktion von ApoJ bei der Atherosklerose wurde die „Mainzer Hypothese“ zugrunde gelegt, die davon ausgeht, dass enzymatisch verdautes LDL (high density lipoprotein) (E-LDL) ursächlich für die Entstehung von atherosklerotischen Läsionen ist. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass ApoJ zwar an E-LDL bindet, nicht aber an natives LDL und dass durch diese Bindung die zytotoxische Wirkung von E-LDL auf glatte Muskelzellen der Ratte unterdrückt wird. Mittels Annexinfärbung und Caspase-Messung konnte gezeigt werden, dass ApoJ in diesem Fall eine antiapoptotische Funktion aufweist. Durch immunhistochemische Untersuchungen an humanen Gewebsschnitten aus frühen atherosklerotischen Läsionen konnte eine Kolokalisation von ApoJ und E-LDL nachgewiesen werden. Diese Ergebnisse unterstreichen die Mainzer Hypothese. Durch eine Behandlung von glatten Muskelzellen der Ratte mit den Lipoproteinen LDL/E-LDL und nekrotischen Zellen sollte die Regulation von ApoJ durch in atherosklerotischen Läsionen vorhandenen Stimuli untersucht werden. Frühere Arbeiten unserer Arbeitsgruppe konnten bereits zeigen, dass eine Behandlung mit nekrotischen Zellen zu einer vermehrten Expression der ApoJ-mRNA führt und dass diese Regulation in Korrelation mit der Expression von Toll-like Rezeptoren (TLR) der verschiedenen Zellen steht. In dieser Arbeit konnte RNA aus nekrotischen Zellen als ApoJ-induzierende Komponente identifiziert werden. Durch Inhibition der TLR3-Signalwege konnten erste Hinweise darüber gewonnen werden, über welche Signaltransduktionswege die ApoJ Regulation erfolgt. Eine Behandlung der Zellen mit E LDL und LDL hingegen führte zu einer Repression der ApoJ-Sekretion. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass in atherosklerotischen Läsionen sowohl ApoJ induzierende wie auch repremierende Stimuli vorhanden sind.

Stimulation-specific contribution of p38 and JNK to IFN-beta gene expression in human macrophages

Induction of interferon-beta (IFN-beta) gene expression is a tightly regulated process, and a plethora of studies identified the signal transduction pathway TANK-binding kinase-1 (TBK-1)/IFN regulatory factor-3 (IRF-3) as essential to the induction of IFN-beta gene expression. Data regarding the role of p38 and JNK are rare, however. We investigated the contribution of these kinases to IFN-beta expression in human macrophages treated with poly(I:C), lipopolysaccharide (LPS), Sendai virus, or vesicular stomatitis virus (VSV). We found that all the stimuli induced IFN-beta mRNA, albeit to a different extent. Whereas LPS and VSV induced the phosphorylation of p38 and JNK, neither poly(I:C) nor Sendai virus led to the detection of phosphospecific signals. When inhibiting p38, a VSV-triggered IFN-beta mRNA response was inhibited, whereas inhibiting JNK suppressed an LPS-triggered response, but only when macrophages were primed with IFN-gamma. Neither poly(I:C)-induced nor Sendai virus-induced IFN-beta mRNA expression was affected when p38 and JNK were inhibited. Collectively, the data show that the contribution of p38 and JNK to the expression of IFN-beta occurs in a stimulation-specific manner in human macrophages.