Étude du développement des lymphocytes T mémoires

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

Étude du développement des lymphocytes T mémoires

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

Expression des SOCS-1 et SOCS-3 par les lymphocytes T humains en réponse à des cytokines immuno-modulatrices

Les cytokines jouent un rôle fondamental dans la régulation des processus biologiques via la cascade de signalisation JAK-STAT. Les « Suppressors of Cytokine Signalling » (SOCS), protéines intracellulaires, inhibent la voie JAK-STAT. Plusieurs études supportent leur implication dans des maladies immunitaires, mais peu d’informations sont disponibles sur leur expression par les lymphocytes T humains. Nous postulons que les cytokines Interféron-β(IFN-β) et Interleukine-27 (IL-27), dotées d’un potentiel immuno-régulateur, ont des rôles bénéfiques via l’induction des SOCS. L’impact de l’IFN-β et l’IL-27 sur l’expression des SOCS-1 et SOCS-3 par des cellules T CD8 et CD4 humaines a été étudié en utilisant des cellules sanguines de donneurs sains. L’expression de ces régulateurs a été évaluée aux niveaux de l’ARNm par qRT-PCR et protéique par immunocytochimie. Les SOCS-1 et SOCS-3 ont été rapidement induits en ARNm dans les deux types cellulaires en réponse à l’IFN-β ou l’IL-27 et une augmentation de l’expression a été confirmée au niveau protéique. Afin de mimer les thérapies à base d’IFN-β, les cellules T ont été exposées chroniquement à l’IFN-β. Après chaque ajout de cytokine les cellules T ont augmenté l’expression du SOCS-1, sans moduler le SOCS-3. L’IL-27 a induit les SOCS-1 et SOCS-3 préférentiellement dans les cellules T CD8 ; ceci corrèle avec des résultats du laboratoire démontrant une plus petite expression des récepteurs à l’IL-27 par les lymphocytes T CD4 que les CD8. Notre projet a permis d’élucider l’expression des SOCS dans deux populations de cellules T et de clarifier les mécanismes d’actions de l’IFN-β et l’IL-27.

La régulation de l’hepcidine à travers les récepteurs Toll-like dans les macrophages

L'interaction entre le système immunitaire et le métabolisme du fer est bien illustrée par l'anémie des maladies chroniques (ACD), qui est fréquemment rencontrée dans les infections chroniques, l'inflammation et le cancer. La majorité des modifications dans les paramètres du fer observées dans l’ACD tient compte des modifications de l’homéostasie du fer, avec la délocalisation du métal de la circulation et les sites de l'érythropoïèse au compartiment de stockage dans les macrophages. Les mécanismes de la réponse hyposidérémique impliquent des cytokines, notamment TNF-alpha et IL-6, qui régulent les niveaux de plusieurs gènes du métabolisme du fer, y compris les transporteurs de fer et de l'hepcidine, un régulateur négatif de l’absorption du fer, ce qui entraîne l'inhibition de l'exportation du fer à travers la ferroportine 1 (FPN1) au niveau de l'intestin et les macrophages. Des études antérieures ont montré que l'IL-6 induit l’expression d’hepcidine dans les hépatocytes, mais il y a très peu de données concernant la façon par laquelle l'hepcidine et la FPN1 sont régulées dans les macrophages. Récemment, nous avons constaté que l'induction de l'hepcidine dans le foie par le lipopolysaccharide (LPS) dépend de la voie de signalisation médiée par le récepteur Toll-like 4 (TLR4). Le but de ce travail est d’identifier les ligands des TLRs capables d'induire l'hepcidine dans les macrophages et de déterminer l’exigence des TLRs dans l’induction de l’hepcidine et le développement d’hyposidérémie. En plus, nous voulons étudier l’effet de l’inflammation causée par les ligands des TLRs sur le taux de fer sérique, la production des cytokines et l'expression de l’hepcidine et de la ferroportine. D’autre part nous voulons étudier l’effet du taux du fer sur la production d’IL-6 macrophagique en réponse à la stimulation par le TLR4. D'abord, pour identifier les ligands des TLRs capables d'induire l'hepcidine dans les macrophages, nous avons traité les macrophages RAW 264.7 et les macrophages péritonéaux de souris (MPMs) avec différents ligands TLRs et on a mesuré l’expression de l'hepcidine par qRT-PCR. Nous avons observé que Pam3CSK4 (Pam), un ligand de TLR2/1; LPS, un ligand de TLR-4 et FSL1 un ligand de TLR2/6 induisent l’expression de l'hepcidine dans les cellules RAW 264.7 et les MPMs, contrairement au polyinosinic: polycytidylic acid (Poly I: C), un ligand de TLR3. De plus, LPS était capable de réprimer l’expression de la ferroportine dans les cellules RAW 264.7. Afin de mieux définir la nécessité des TLRs pour assurer cette expression, nous avons utilisé les souris TLR-2 knock-out et on a établi que l'expression de l'hepcidine dans les macrophages par LPS, Pam ou FSL1 est dépendante du TLR2. En accord avec les expériences in vitro, les études effectuées in vivo ont montré que LPS réprime l’expression de la ferroportine, ainsi que PolyI:C n’est pas capable de stimuler l'expression d'hepcidine hépatique, par contre il était efficace pour déclencher une hyposidérémie. Ensuite, on voulait déterminer la voie de signalisation utilisée dans l’induction de l’hepcidine dans les macrophages. Comme il y deux voies majeures connues pour la signalisation des TLRs : une dépendante et l’autre indépendante de la protéine MyD88, on a étudié l’expression de l’hepcidine dans les MPMs isolés des souris MyD88-/- et nous avons constaté que l'absence de signalisation MyD88 abolit l'induction de l'hepcidine déclenchée par Pam, LPS et FSL1. D’autre part, la stimulation avec du LPS induisait in vivo la production d’IL-6 et de TNF-alpha, et la stimulation d’IL-6 était renforcée in vitro par la présence du fer. Ces observations indiquent que l’expression de HAMP (Hepcidin Antimicrobial Peptide) dans les macrophages peut être régulée par différents TLRs, ce qui suggère que la production d'hepcidine macrophagique fait partie d'une réponse immunitaire activées par les TLRs.

Rôle des récepteurs Toll-like et de la protéine adaptatrice MyD88 dans la régulation de l’hepcidine et le développement des hyposidérémies associées à l’inflammation

Le fer est un oligo-élément nécessaire pour le fonctionnement normal de toutes les cellules de l'organisme et joue un rôle essentiel dans de nombreuses fonctions biologiques. Cependant, le niveau de fer dans le corps doit être bien réglé, sinon la carence en fer entraine des divers états pathologiques tels que l'anémie et la diminution de l’immunité. D'autre part, une surcharge en fer potentialise la multiplication des germes, aggrave l’infection et la formation de radicaux libres ayant des effets toxiques sur les cellules et leurs composants, ce qui favorise les maladies cardio-vasculaires, l'inflammation et le cancer. L'hepcidine (HAMP), un régulateur négatif de l'absorption du fer, induit la dégradation de la ferroportine (FPN), le seul exportateur connu de fer ce qui réduit sa libération par les macrophages et inhibe son absorption gastro-intestinale. HAMP est synthétisé principalement par les hépatocytes, mais aussi par les macrophages. Cependant, il y a très peu de données sur la façon dont HAMP est régulé au niveau des macrophages. Plus récemment, nous avons constaté que l’induction de l’hepcidin dans le foie par le polysaccharide (LPS) est dépendante de la voie de signalisation médiée par « Toll-like receptor 4 » (TLR4). Grâce au TLR4, le LPS induit l'activation des macrophages qui sécrètent de nombreuses différentes cytokines inflammatoires, y compris Interleukine 6 (IL-6), responsable de l'expression de HAMP hépatique. Dans le premier chapitre de la présente étude, nous avons étudié la régulation de HAMP dans la lignée cellulaire macrophagique RAW264.7 et dans les macrophages péritonéaux murins stimulés par différents ligands des TLRs. Nous avons constaté que TLR2 et TLR4 par l'intermédiaire de la protéine adaptatrice « myeloid differentiation primary response gene 88 » (MyD88) activent l'expression de HAMP dans les cellules RAW264.7 et les macrophages péritonéaux sauvages murins, tandis que cette expression a été supprimée dans les macrophages isolés des souris TLR2-/-, TLR4-déficiente ou MyD88-/-. En outre, nous avons constaté que la production d'IL-6 par les cellules RAW264.7 stimulées avec du LPS a été renforcée par l’ajout des quantités élevées de fer dans le milieu de culture. Au cours de l’inflammation, le niveau de HAMP est fortement augmenté. Ainsi, lorsque l'inflammation persiste, l’expression de HAMP continue à être activée par des cytokines pro-inflammatoires conduisant à une hyposidérémie. Malgré que cette dernière soit considérée comme une défense de l'hôte pour priver les micro-organismes de fer, celle ci cause un développement d'anémies nommées anémies des maladies chroniques. Ainsi, dans le deuxième chapitre de la présente étude, nous avons étudié l'implication des TLRs et leurs protéines adaptatrices MyD88 et TIR-domain-containing adapter-inducing interferon-β (TRIF) dans le développement des hyposidérémies. En utilisant des souris déficientes en MyD88 et TRIF, nous avons montré que les voies de signalisations MyD88 et TRIF sont essentielles pour l’induction de HAMP par le LPS. Malgré l'absence de HAMP, les souris déficientes ont été capables de développer une hyposidérémie, mais la réponse des souris déficientes en MyD88 a été très légère, ce qui indique l'exigence de cette protéine pour assurer une réponse maximale au LPS. En outre, nous avons constaté que la signalisation MyD88 est nécessaire pour le stockage du fer au niveau de la rate, ainsi que l'induction de lipocaline 2 (LCN2), qui est une protéine impliquée dans la fixation du fer pour limiter la croissance bactérienne. Indépendamment de MyD88 ou TRIF, l'activation de TLR4 et TLR3 a conduit, au niveau de la rate, à une diminution rapide de l’expression de FPN et du « Human hemochromatosis protein » (HFE) qui est une protéine qui limite la séquestration du fer cellulaire à partir de la circulation. Cependant, malgré cette baisse d’expression, le manque de la signalisation MyD88 a altéré de manière significative la réponse hyposidérémique. En établissant le rôle des TLRs et de la protéine adaptatrice MyD88 dans la diminution du taux du fer sérique au cours de la réponse inflammatoire, nous avons remarqué qu’en réponse au surcharge en fer les souris déficientes en MyD88 accumulent de manière significative plus de fer hépatique par rapport aux souris sauvages, et cela indépendamment des TLRs. Ainsi, dans le troisième chapitre de la présente étude, nous avons étudié le phénotype observé chez les souris déficientes en MyD88. Nous avons trouvé que l'expression de HAMP chez ces souris a été plus faible que celle des souris de type sauvage. Pour cela, nous avons exploré la signalisation à travers la voie du « Bone Morphogenetic Proteins 6 » (BMP6) qui est considérée comme étant la voie fondamentale de la régulation de HAMP en réponse aux concentrations du fer intracellulaires et extracellulaires et nous avons trouvé que l'expression protéique de Smad4, un régulateur positif de l'expression de HAMP, est significativement plus faible chez les souris MyD88-/- par rapport aux souris sauvages. En outre, on a montré que MyD88 interagit avec « mothers against decapentaplegic, Drosophila, homolog 4 » (Smad4) et que cette interaction est essentielle pour l’induction de HAMP à travers la voie BMP6. En conclusion, notre étude montre que l'expression de HAMP dans les macrophages est régulée principalement par TLR2 et TLR4 à travers la voie MyD88 et que l'accumulation du fer dans les macrophages peut affecter les niveaux des cytokines pro-inflammatoires. En outre, nos analyses démontrent que le développement d’hyposidérémie en réponse au LPS se produit par l'intermédiaire d’un mécanisme dépendant de MyD88 qui est dissociée de la production de cytokines et de HAMP. En plus, nos recherches montrent que MyD88 est nécessaire pour l'expression de Smad4 et cela pour garantir une réponse optimale à travers la signalisation BMP6, conduisant ainsi à une expression adéquate de HAMP. Enfin, la protéine MyD88 joue un rôle crucial dans, la régulation de HAMP au niveau des macrophages, la diminution du taux du fer sérique en réponse au LPS et le maintien de l'homéostasie du fer.

Leucocytes, cytokines and satellite cells : what role do they play in muscle damage and regeneration following eccentric exercise?

Exercise-induced muscle damage is an important topic in exercise physiology. However several aspects of our understanding of how muscles respond to highly stressful exercise remain unclear In the first section of this review we address the evidence that exercise can cause muscle damage and inflammation in otherwise healthy human skeletal muscles. We approach this concept by comparing changes in muscle function (i.e., the force-generating capacity) with the degree of leucocyte accumulation in muscle following exercise. In the second section, we explore the cytokine response to 'muscle-damaging exercise', primarily eccentric exercise. We review the evidence for the notion that the degree of muscle damage is related to the magnitude of the cytokine response. In the third and final section, we look at the satellite cell response to a single bout of eccentric exercise, as well as the role of the cyclooxygenase enzymes (COX1 and 2). In summary, we propose that muscle damage as evaluated by changes in muscle function is related to leucocyte accumulation in the exercised muscles. 'Extreme' exercise protocols, encompassing unaccustomed maximal eccentric exercise across a large range of motion, generally inflict severe muscle damage, inflammation and prolonged recovery (> 1 week). By contrast, exercise resembling regular athletic training (resistance exercise and downhill running) typically causes mild muscle damage (myofibrillar disruptions) and full recovery normally occurs within a few days. Large variation in individual responses to a given exercise should, however be expected. The link between cytokine and satellite cell responses and exercise-induced muscle damage is not so clear The systemic cytokine response may be linked more closely to the metabolic demands of exercise rather than muscle damage. With the exception of IL-6, the sources of systemic cytokines following exercise remain unclear The satellite cell response to severe muscle damage is related to regeneration, whereas the biological significance of satellite cell proliferation after mild damage or non-damaging exercise remains uncertain. The COX enzymes regulate satellite cell activity, as demonstrated in animal models; however the roles of the COX enzymes in human skeletal muscle need further investigation. We suggest using the term 'muscle damage' with care. Comparisons between studies and individuals must consider changes in and recovery of muscle force-generating capacity.

Body temperature and its effect on leukocyte mobilization, cytokines and markers of neutrophil activation during and after exercise

We investigated the influence of rectal temperature on the immune system during and after exercise. Ten well-trained male cyclists completed exercise trials (90 min cycling at 60% VO(2max) + 16.1 - km time trial) on three separate occasions: once in 18 degrees C and twice in 32 degrees C. Twenty minutes after the trials in 32 degrees C, the cyclists sat for approximately 20 min in cold water (14 degrees C) on one occasion, whereas on another occasion they sat at room temperature. Rectal temperature increased significantly during cycling in both conditions, and was significantly higher after cycling in 32 degrees C than in 18 degrees C (P < 0.05). Leukocyte counts increased significantly during cycling but did not differ between the conditions. The concentrations of serum interleukin (IL)-6, IL-8 and IL-10, plasma catecholamines, granulocyte-colony stimulating factor, myeloperoxidase and calprotectin increased significantly following cycling in both conditions. The concentrations of serum IL-8 (25%), IL-10 (120%), IL-1 receptor antagonist (70%), tumour necrosis factor-alpha (17%), plasma myeloperoxidase (26%) and norepinephrine (130%) were significantly higher after cycling in 32 degrees C than in 18 degrees C. During recovery from exercise in 32 degrees C, rectal temperature was significantly lower in response to sitting in cold water than at room temperature. However, immune changes during 90 min of recovery did not differ significantly between sitting in cold water and at room temperature. The greater rise in rectal temperature during exercise in 32 degrees C increased the concentrations of serum IL-8, IL-10, IL-1ra, TNF-alpha and plasma myeloperoxidase, whereas the greater decline in rectal temperature during cold water immersion after exercise did not affect immune responses.

Exercise-induced muscle damage, plasma cytokines and markers of neutrophil activation

Introduction: Unaccustomed eccentric exercise often results in muscle damage and neutrophil activation. We examined changes in plasma cytokines stress hormones, creatine kinase activity and myoglobin concentration, neutrophil surface receptor expression, degranulation, and the capacity of neutrophils to generate reactive oxygen species in response to in vitro stimulation after downhill running. Methods: Ten well-trained male runners ran downhill on a treadmill at a gradient of -10% for 45 min at 60% V̇O2max. Blood was sampled immediately before (PRE) and after (POST), 1 h (1 h POST), and 24 h (24 h POST) after exercise. Results: At POST, there were significant increases (P < 0.01) in neutrophil count (32%), plasma interleukin (IL)-6 concentration (460%), myoglobin (Mb) concentration (1100%), and creatine kinase (CK) activity (40%). At 1 h POST, there were further increases above preexercise values for neutrophil count (85%), plasma Mb levels (1800%), and CK activity (56%), and plasma IL-6 concentration remained above preexercise values (410%) (P < 0.01). At 24 h POST, neutrophil counts and plasma IL-6 levels had returned to baseline, whereas plasma Mb concentration (100%) and CK activity (420%) were elevated above preexercise values (P < 0.01). There were no significant changes in neutrophil receptor expression, degranulation and respiratory burst activity, and plasma IL-8 and granulocyte-colony stimulating factor concentrations at any time after exercise. Neutrophil count correlated with plasma Mb concentration at POST (r = 0.64, P < 0.05), and with plasma CK activity at POST (r = 0.83, P < 0.01) and 1 h POST (r = 0.78, P < 0.01). Conclusion: Neutrophil activation remains unchanged after downhill running in well-trained runners, despite increases in plasma markers of muscle damage.

Intracellular trafficking and secretion of inflammatory cytokines

The secretion of cytokines by immune cells plays a significant role in determining the course of an inflammatory response. The levels and timing of each cytokine released are critical for mounting an effective but confined response, whereas excessive or dysregulated inflammation contributes to many diseases. Cytokines are both culprits and targets for effective treatments in some diseases. The multiple points and mechanisms that have evolved for cellular control of cytokine secretion highlight the potency of these mediators and the fine tuning required to manage inflammation. Cytokine production in cells is regulated by cell signaling, and at mRNA and protein synthesis levels. Thereafter, the intracellular transport pathways and molecular trafficking machinery have intricate and essential roles in dictating the release and activity of cytokines. The trafficking machinery and secretory (exocytic) pathways are complex and highly regulated in many cells, involving specialized membranes, molecules and organelles that enable these cells to deliver cytokines to often-distinct areas of the cell surface, in a timely manner. This review provides an overview of secretory pathways - both conventional and unconventional - and key families of trafficking machinery. The prevailing knowledge about the trafficking and secretion of a number of individual cytokines is also summarized. In conclusion, we present emerging concepts about the functional plasticity of secretory pathways and their modulation for controlling cytokines and inflammation.

Stimulation of MMP-11 (stromelysin-3) expression in mouse fibroblasts by cytokines, collagen and co-culture with human breast cancer cell lines

Background Matrix metalloproteinases (MMPs) are central to degradation of the extracellular matrix and basement membrane during both normal and carcinogenic tissue remodeling. MT1-MMP (MMP-14) and stromelysin-3 (MMP-11) are two members of the MMP family of proteolytic enzymes that have been specifically implicated in breast cancer progression. Expressed in stromal fibroblasts adjacent to epithelial tumour cells, the mechanism of MT1-MMP and MMP-11 induction remains unknown. Methods To investigate possible mechanisms of induction, we examined the effects of a number of plausible regulatory agents and treatments that may physiologically influence MMP expression during tumour progression. Thus NIH3T3 and primary mouse embryonic fibroblasts (MEFs) were: a) treated with the cytokines IL-1β, IL-2, IL-6, IL-8 and TGF-β for 3, 6, 12, 24, and 48 hours; b) grown on collagens I, IV and V; c) treated with fibronectin, con-A and matrigel; and d) co-cultured with a range of HBC (human breast cancer) cell lines of varied invasive and metastatic potential. Results Competitive quantitative RT-PCR indicated that MMP-11 expression was stimulated to a level greater than 100%, by 48 hour treatments of IL-1β, IL-2, TGF-β, fibronectin and collagen V. No other substantial changes in expression of MMP-11 or MT1-MMP in either tested fibroblast culture, under any treatment conditions, were observed. Conclusion We have demonstrated significant MMP-11 stimulation in mouse fibroblasts using cytokines, matrix constituents and HBC cell lines, and also some inhibition of MT1-MMP. Our data suggest that the regulation of these genes in the complex stromal-epithelial interactions that occur in human breast carcinoma, is influenced by several mechanisms.

Mouse estrous cycle regulation of vaginal versus uterine cytokines, chemokines, α-/β-defensins and TLRs

This study investigates the cyclic changes in innate immunity in the female reproductive tract (FRT) of mice during the estrous cycle. By examining uterine and vaginal tissues and secretions we show that innate immunity varies with the stage of the estrous cycle and site in the FRT. Secretions from the uterine lumen contained cytokines and chemokines that were significantly higher at proestrus and estrus relative to that measured at diestrus. In contrast, analysis of vaginal secretions indicated that only IL-1β and CXCL1/mouse KC changed during the cycle, with highest levels measured at diestrus and estrus. In contrast, vaginal α-defensin 2 and β-defensins 1-4 mRNA levels peaked at proestrus and estrus and are expressed 1-4 logs greater than that seen in the uterus. These studies further indicate that TLR5 and TLR12 in the uterus, and TLR1, TLR2, TLR5 and TLR13 in the vagina varies with stage of the estrous cycle, with some peaking at proestrus/estrus and others at diestrus. Overall, these studies indicate that innate immune parameters in the uterus and vagina are separate and discrete, and regulated precisely during the estrous cycle.