Novel TBK1 truncating mutation in a familial amyotrophic lateral sclerosis patient of Chinese origin

Missense and frameshift mutations in TRAF family member-associated NF-kappa-B activator (TANK)-binding kinase 1 (TBK1) have been reported in European sporadic and familial amyotrophic lateral sclerosis (ALS) cohorts. To assess the role of TBK1 in ALS patient cohorts of wider ancestry, we have analyzed whole-exome sequence data from an Australian cohort of familial ALS (FALS) patients and controls. We identified a novel TBK1 deletion (c.1197delC) in a FALS patient of Chinese origin. This frameshift mutation (p.L399fs) likely results in a truncated protein that lacks functional domains required for adapter protein binding, as well as protein activation and structural integrity. No novel or reported TBK1 mutations were identified in FALS patients of European ancestry. This is the first report of a TBK1 mutation in an ALS patient of Asian origin and indicates that sequence variations in TBK1 are a rare cause of FALS in Australia. © 2015 Elsevier Inc.

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

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

Rôle de l'acétylation du facteur de transcription IRF3

L’immunité innée est notre premier mécanisme de défense contre l’invasion des pathogènes. Cette défense est basée sur la reconnaissance d’éléments invariables des pathogènes par des récepteurs encodés dans les lignées germinales. Dans la réponse anti-virale, le facteur de transcription Interferon Regulatory Factor 3 (IRF3) joue un rôle clé dans la réponse interféron de type I, combattant ainsi la réplication virale et conférant un état anti-viral aux cellules infectées ainsi qu’aux cellules avoisinantes. IRF3 est une protéine dont l’activation et la phosphorylation sont régulées par les kinases TBK1 et IKKi. Nous proposons ici que l’acétylation est une modification post-traductionnelle importante dans la régulation de l’activité d’IRF3. Nous avons observé par immunobuvardage qu’IRF3 est acétylé de façon basale et que cette acétylation est induite par la présence du co-facteur CBP et est inhibée par la présence de la kinase TBK1. Par spectrométrie de masse, nous avons ensuite identifié huit lysines sujettes à l’acétylation sur IRF3. Aussi, par mutagénèse dirigée, nous avons muté de façon ponctuelle chacun de ces sites et avons déterminé que la mutation de la lysine 87 inhibe la capacité d’IRF3 à s’attacher à l’ADN en EMSA et à transactiver son élément de réponse en essai luciférase. Aussi, nous proposons que l’acétylation masque la charge positive de la lysine 87 et contrôle de façon négative l’activité du facteur de transcription IRF3. Notre groupe démontre ainsi pour la première fois l’acétylation du facteur de transcription dans un modèle cellulaire et propose que ce processus joue un rôle inhibiteur dans la régulation de la protéine.

Absence of MyD88 results in enhanced TLR3-dependent phosphorylation of IRF3 and increased IFN-(beta) and RANTES production

Toll-like receptors are a group of pattern-recognition receptors that play a crucial role in "danger" recognition and induction of the innate immune response against bacterial and viral infections. TLR3 has emerged as a key sensor of viral dsRNA, resulting in the induction of the anti-viral molecule, IFN- . Thus, a clearer understanding of the biological processes that modulate TLR3 signaling is essential. Previous studies have shown that the TLR adaptor, Mal/TIRAP, an activator of TLR4, inhibits TLR3-mediated IFN- induction through a mechanism involving IRF7. In this study, we sought to investigate whether the TLR adaptor, MyD88, an activator of all TLRs except TLR3, has the ability to modulate TLR3 signaling. Although MyD88 does not significantly affect TLR3 ligand-induced TNF- induction, MyD88 negatively regulates TLR3-, but not TLR4-, mediated IFN- and RANTES production; this process is mechanistically distinct from that employed by Mal/TIRAP. We show that MyD88 inhibits IKK -, but not TBK1-, induced activation of IRF3. In doing so, MyD88 curtails TLR3 ligand-induced IFN- induction. The present study shows that while MyD88 activates all TLRs except TLR3, MyD88 also functions as a negative regulator of TLR3. Thus, MyD88 is essential in restricting TLR3 signaling, thereby protecting the host from unwanted immunopathologies associated with the excessive production of IFN- . Our study offers a new role for MyD88 in restricting TLR3 signaling through a hitherto unknown mechanism whereby MyD88 specifically impairs IKK -mediated induction of IRF3 and concomitant IFN- and RANTES production.

A heteromeric potassium channel involved in the modulation of the plasma membrane potential is essential for the survival of African trypanosomes.

Discovery of novel drug targets may lead to improved treatment of trypanosomiasis. We characterize here 2 gene products of Trypanosoma brucei that are essential for the growth of bloodstream form (BSF) parasites, as shown by RNA interference (RNAi)-mediated down-regulation of the individual mRNAs. The primary sequences of the 2 proteins--protein encoded by gene Tb927.1.4450 (TbK1) and protein encoded by gene Tb927.9.4820 (TbK2)--indicate that both belong to the family of putative, Ca(2+)-activated potassium channels. The proteins were expressed in Xenopus laevis oocytes and their functions investigated by use of electrophysiological techniques. Only combined expression of TbK1 and TbK2 results in the formation of sizeable currents, indicating that these proteins probably assemble into a heteromeric ion channel. The current mediated by this channel shows little time and voltage dependence and displays a permeability ratio of K(+)/Na(+) of >20. The known potassium channel blocker barium inhibits this channel with a half-maximal inhibitory concentration (IC50) of 98 ± 15 μM. The membrane potential of trypanosomes was measured with a fluorescent dye. Individual RNAi-mediated down-regulation of TbK1 or TbK2 eliminates a potassium conductance in the plasma membrane of BSF. Thus, this heteromeric potassium channel is involved in the modulation of the plasma membrane potential and represents a novel drug target in T. brucei.

Activation of STING-Dependent Innate Immune Signaling By S-Phase-Specific DNA Damage in Breast Cancer

BACKGROUND: Previously we identified a DNA damage response-deficient (DDRD) molecular subtype within breast cancer. A 44-gene assay identifying this subtype was validated as predicting benefit from DNA-damaging chemotherapy. This subtype was defined by interferon signaling. In this study, we address the mechanism of this immune response and its possible clinical significance.

METHODS: We used immunohistochemistry (IHC) to characterize immune infiltration in 184 breast cancer samples, of which 65 were within the DDRD subtype. Isogenic cell lines, which represent DDRD-positive and -negative, were used to study the effects of chemokine release on peripheral blood mononuclear cell (PBMC) migration and the mechanism of immune signaling activation. Finally, we studied the association between the DDRD subtype and expression of the immune-checkpoint protein PD-L1 as detected by IHC. All statistical tests were two-sided.

RESULTS: We found that DDRD breast tumors were associated with CD4+ and CD8+ lymphocytic infiltration (Fisher's exact test P < .001) and that DDRD cells expressed the chemokines CXCL10 and CCL5 3.5- to 11.9-fold more than DNA damage response-proficient cells (P < .01). Conditioned medium from DDRD cells statistically significantly attracted PBMCs when compared with medium from DNA damage response-proficient cells (P < .05), and this was dependent on CXCL10 and CCL5. DDRD cells demonstrated increased cytosolic DNA and constitutive activation of the viral response cGAS/STING/TBK1/IRF3 pathway. Importantly, this pathway was activated in a cell cycle-specific manner. Finally, we demonstrated that S-phase DNA damage activated expression of PD-L1 in a STING-dependent manner.

CONCLUSIONS: We propose a novel mechanism of immune infiltration in DDRD tumors, independent of neoantigen production. Activation of this pathway and associated PD-L1 expression may explain the paradoxical lack of T-cell-mediated cytotoxicity observed in DDRD tumors. We provide a rationale for exploration of DDRD in the stratification of patients for immune checkpoint-based therapies.

Rôles de deux corécepteurs impliqués dans le maintien des cellules T mémoires CD8+ et la maturation des cellules dendritiques

La reconnaissance d’un antigène présenté par les cellules présentatrices d’antigène induit la prolifération et la différenciation des lymphocytes T naïfs en lymphocytes T effecteurs et mémoires. Cette reconnaissance se fait par l’interaction du récepteur des cellules T (TCR) des lymphocytes T et le complexe CMH-peptide présent à la surface des DC. Cependant, des signaux additionnels sont requis, une meilleure activation des lymphocytes T implique des corécepteurs présents à la surface de ces deux types cellulaires. Après l’élimination de l’antigène, la plupart des lymphocytes T effecteurs vont mourir. Une petite population de lymphocytes T va persister pour se différencier en lymphocytes T mémoires capables de protéger l’organisme contre une réinfection. Les signaux qui contrôlent le maintien des lymphocytes T mémoires sont encore mal compris. Pour comprendre le rôle de la molécule de costimulation 4-1BB dans le maintien des lymphocytes T CD8 mémoires, nous avons émis l’hypothèse que l’état de phosphorylation de la protéine adaptatrice TRAF1, qui se lie à 4-1BB, module le maintien des lymphocytes T CD8 mémoires. Ainsi, nous avons montré par des expériences de spectrométrie de masse que TRAF1 s’associe préférentiellement à TBK1 lorsqu’elle n’est pas phosphorylée. Nous avons aussi montré que la présence de TRAF1 est requise pour stabiliser TBK1 au récepteur 4-1BB après stimulation des lymphocytes T. Par ailleurs, les lymphocytes T CD8 OT-I TRAF1-/- reconstituées avec un mutant phospho-déficient de TRAF1 (S139A) et ensuite différenciées en lymphocytes T mémoires in vitro induisent une activation de la voie de signalisation NF-ĸB contrairement à ceux exprimant la forme phospho-mimétique de TRAF1 (S139D). Ces premières études démontrent l’importance de l’état de phosphorylation de TRAF1 en aval de 4-1BB dans les cellules T. Dans la seconde partie, nous avons évalué le rôle d’un autre corécepteur; la neuropiline 1, dans la maturation des DC. A cet effet, nous avons émis l’hypothèse que l’interaction de la neuropiline 1 et ses ligands contribuerait à la fonction des DC. Nous avons démontré que l’absence de la neuropiline 1 n’a pas d’effet sur la maturation au LPS des DC. Cependant, la présence du VEGF (un ligand de Nrp-1) inhibe la maturation des DC dérivées de la moelle osseuse. Notre étude a démontré que VEGF inhibe l’expression des molécules de costimulation, la sécrétion des cytokines pro inflammatoires et la signalisation TLR4 principalement les voies MAP Kinase et NF-ĸB. Contrairement aux résultats avec les cellules WT, VEGF n’est pas capable d’affecter la maturation, la sécrétion des cytokines et la signalisation TLR4 des DC Nrp1-Lyz où la neuropiline 1 est délétée. Ainsi, nos résultats ont démontré que VEGF inhibe la maturation des DC de façon Nrp1-dépendante. Enfin, l’analyse des molécules partenaires de la neuropiline 1 montre que Nrp1, VEGF et TLR4 se retrouvent dans le même complexe. Nos résultats démontrent que VEGF, en présence de la neuropiline 1 est capable d’interagir avec TLR4 pour inhiber la maturation des DC. Toutefois, en absence de la neuropiline1, VEGF n’est pas capable de recruter TLR4 pour réduire l’expression des molécules de costimulation. Ces études sur les corécepteurs pourraient être importantes dans l’élaboration de nouvelles approches vaccinales.

Rôles de deux corécepteurs impliqués dans le maintien des cellules T mémoires CD8+ et la maturation des cellules dendritiques

La reconnaissance d’un antigène présenté par les cellules présentatrices d’antigène induit la prolifération et la différenciation des lymphocytes T naïfs en lymphocytes T effecteurs et mémoires. Cette reconnaissance se fait par l’interaction du récepteur des cellules T (TCR) des lymphocytes T et le complexe CMH-peptide présent à la surface des DC. Cependant, des signaux additionnels sont requis, une meilleure activation des lymphocytes T implique des corécepteurs présents à la surface de ces deux types cellulaires. Après l’élimination de l’antigène, la plupart des lymphocytes T effecteurs vont mourir. Une petite population de lymphocytes T va persister pour se différencier en lymphocytes T mémoires capables de protéger l’organisme contre une réinfection. Les signaux qui contrôlent le maintien des lymphocytes T mémoires sont encore mal compris. Pour comprendre le rôle de la molécule de costimulation 4-1BB dans le maintien des lymphocytes T CD8 mémoires, nous avons émis l’hypothèse que l’état de phosphorylation de la protéine adaptatrice TRAF1, qui se lie à 4-1BB, module le maintien des lymphocytes T CD8 mémoires. Ainsi, nous avons montré par des expériences de spectrométrie de masse que TRAF1 s’associe préférentiellement à TBK1 lorsqu’elle n’est pas phosphorylée. Nous avons aussi montré que la présence de TRAF1 est requise pour stabiliser TBK1 au récepteur 4-1BB après stimulation des lymphocytes T. Par ailleurs, les lymphocytes T CD8 OT-I TRAF1-/- reconstituées avec un mutant phospho-déficient de TRAF1 (S139A) et ensuite différenciées en lymphocytes T mémoires in vitro induisent une activation de la voie de signalisation NF-ĸB contrairement à ceux exprimant la forme phospho-mimétique de TRAF1 (S139D). Ces premières études démontrent l’importance de l’état de phosphorylation de TRAF1 en aval de 4-1BB dans les cellules T. Dans la seconde partie, nous avons évalué le rôle d’un autre corécepteur; la neuropiline 1, dans la maturation des DC. A cet effet, nous avons émis l’hypothèse que l’interaction de la neuropiline 1 et ses ligands contribuerait à la fonction des DC. Nous avons démontré que l’absence de la neuropiline 1 n’a pas d’effet sur la maturation au LPS des DC. Cependant, la présence du VEGF (un ligand de Nrp-1) inhibe la maturation des DC dérivées de la moelle osseuse. Notre étude a démontré que VEGF inhibe l’expression des molécules de costimulation, la sécrétion des cytokines pro inflammatoires et la signalisation TLR4 principalement les voies MAP Kinase et NF-ĸB. Contrairement aux résultats avec les cellules WT, VEGF n’est pas capable d’affecter la maturation, la sécrétion des cytokines et la signalisation TLR4 des DC Nrp1-Lyz où la neuropiline 1 est délétée. Ainsi, nos résultats ont démontré que VEGF inhibe la maturation des DC de façon Nrp1-dépendante. Enfin, l’analyse des molécules partenaires de la neuropiline 1 montre que Nrp1, VEGF et TLR4 se retrouvent dans le même complexe. Nos résultats démontrent que VEGF, en présence de la neuropiline 1 est capable d’interagir avec TLR4 pour inhiber la maturation des DC. Toutefois, en absence de la neuropiline1, VEGF n’est pas capable de recruter TLR4 pour réduire l’expression des molécules de costimulation. Ces études sur les corécepteurs pourraient être importantes dans l’élaboration de nouvelles approches vaccinales.