Gender-Specific Effects of Genetic Variants within Th1 and Th17 Cell-Mediated Immune Response Genes on the Risk of Developing Rheumatoid Arthritis.

The present study was conducted to explore whether single nucleotide polymorphisms (SNPs) in Th1 and Th17 cell-mediated immune response genes differentially influence the risk of rheumatoid arthritis (RA) in women and men. In phase one, 27 functional/tagging polymorphisms in C-type lectins and MCP-1/CCR2 axis were genotyped in 458 RA patients and 512 controls. Carriers of Dectin-2 rs4264222T allele had an increased risk of RA (OR = 1.47, 95%CI 1.10-1.96) whereas patients harboring the DC-SIGN rs4804803G, MCP-1 rs1024611G, MCP-1 rs13900T and MCP-1 rs4586C alleles had a decreased risk of developing the disease (OR = 0.66, 95%CI 0.49-0.88; OR = 0.66, 95%CI 0.50-0.89; OR = 0.73, 95%CI 0.55-0.97 and OR = 0.68, 95%CI 0.51-0.91). Interestingly, significant gender-specific differences were observed for Dectin-2 rs4264222 and Dectin-2 rs7134303: women carrying the Dectin-2 rs4264222T and Dectin-2 rs7134303G alleles had an increased risk of RA (OR = 1.93, 95%CI 1.34-2.79 and OR = 1.90, 95%CI 1.29-2.80). Also five other SNPs showed significant associations only with one gender: women carrying the MCP-1 rs1024611G, MCP-1 rs13900T and MCP-1 rs4586C alleles had a decreased risk of RA (OR = 0.61, 95%CI 0.43-0.87; OR = 0.67, 95%CI 0.47-0.95 and OR = 0.60, 95%CI 0.42-0.86). In men, carriers of the DC-SIGN rs2287886A allele had an increased risk of RA (OR = 1.70, 95%CI 1.03-2.78), whereas carriers of the DC-SIGN rs4804803G had a decreased risk of developing the disease (OR = 0.53, 95%CI 0.32-0.89). In phase 2, we genotyped these SNPs in 754 RA patients and 519 controls, leading to consistent gender-specific associations for Dectin-2 rs4264222, MCP-1 rs1024611, MCP-1 rs13900 and DC-SIGN rs4804803 polymorphisms in the pooled sample (OR = 1.38, 95%CI 1.08-1.77; OR = 0.74, 95%CI 0.58-0.94; OR = 0.76, 95%CI 0.59-0.97 and OR = 0.56, 95%CI 0.34-0.93). SNP-SNP interaction analysis of significant SNPs also showed a significant two-locus interaction model in women that was not seen in men. This model consisted of Dectin-2 rs4264222 and Dectin-2 rs7134303 SNPs and suggested a synergistic effect between the variants. These findings suggest that Dectin-2, MCP-1 and DC-SIGN polymorphisms may, at least in part, account for gender-associated differences in susceptibility to RA.

TL1A-DR3 interaction regulates Th17 cell function and Th17-mediated autoimmune disease.

T helper type 17 (Th17) cells play an important pathogenic function in autoimmune diseases; their regulation, however, is not well understood. We show that the expression of a tumor necrosis factor receptor family member, death receptor 3 (DR3; also known as TNFRSF25), is selectively elevated in Th17 cells, and that TL1A, its cognate ligand, can promote the proliferation of effector Th17 cells. To further investigate the role of the TL1A-DR3 pathway in Th17 regulation, we generated a TL1A-deficient mouse and found that TL1A(-/-) dendritic cells exhibited a reduced capacity in supporting Th17 differentiation and proliferation. Consistent with these data, TL1A(-/-) animals displayed decreased clinical severity in experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). Finally, we demonstrated that during EAE disease progression, TL1A was required for the optimal differentiation as well as effector function of Th17 cells. These observations thus establish an important role of the TL1A-DR3 pathway in promoting Th17 cell function and Th17-mediated autoimmune disease.

Estrogen Receptor α Signaling in T Lymphocytes Is Required for Estradiol-Mediated Inhibition of Th1 and Th17 Cell Differentiation and Protection against Experimental Autoimmune Encephalomyelitis

Estrogen treatment exerts a protective effect on experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) and is under clinical trial for multiple sclerosis therapy. Estrogens have been suspected to protect from CNS autoimmunity through their capacity to exert anti-inflammatory as well as neuroprotective effects. Despite the obvious impacts of estrogens on the pathophysiology of multiple sclerosis and EAE, the dominant cellular target that orchestrates the anti-inflammatory effect of 17β-estradiol (E2) in EAE is still ill defined. Using conditional estrogen receptor (ER) α-deficient mice and bone marrow chimera experiments, we show that expression of ERα is critical in hematopoietic cells but not in endothelial ones to mediate the E2 inhibitory effect on Th1 and Th17 cell priming, resulting in EAE protection. Furthermore, using newly created cell type-specific ERα-deficient mice, we demonstrate that ERα is required in T lymphocytes, but neither in macrophages nor dendritic cells, for E2-mediated inhibition of Th1/Th17 cell differentiation and protection from EAE. Lastly, in absence of ERα in host nonhematopoietic tissues, we further show that ERα signaling in T cells is necessary and sufficient to mediate the inhibitory effect of E2 on EAE development. These data uncover T lymphocytes as a major and nonredundant cellular target responsible for the anti-inflammatory effects of E2 in Th17 cell-driven CNS autoimmunity.

Critical Role for Inflammatory Macrophages in Driving Antigen-dependent Th17 Cell Responses?

Peer reviewed

IRF4 regulates IL-17A promoter activity and controls RORγt-dependent Th17 colitis in vivo.

Background: The transcription factor IRF4 is involved in several T-cell-dependent chronic inflammatory diseases. To elucidate the mechanisms for pathological cytokine production in colitis, we addressed the role of the IRF transcription factors in human inflammatory bowel disease (IBD) and experimental colitis.Methods: IRF levels and cytokine production in IBD patients were studied as well as the effects of IRF4 deficiency in experimental colitis.Results: In contrast to IRF1, IRF5, and IRF8, IRF4 expression in IBD was augmented in the presence of active inflammation. Furthermore, IRF4 levels significantly correlated with IL-6 and IL-17 mRNA expression and to a lesser extent with IL-22 mRNA expression in IBD. To further explore the role of IRF4 under in vivo conditions, we studied IRF4-deficient and wildtype mice in experimental colitis. In contrast to DSS colitis, IRF4 deficiency was protective in T-cell-dependent transfer colitis associated with reduced ROR alpha/gamma t levels and impaired IL-6, IL-17a, and IL-22 production, suggesting that IRF4 acts as a master regulator of mucosal Th17 cell differentiation. Subsequent mechanistic studies using database analysis, chromatin immunoprecipitation, and electrophoretic mobility shift assays identified a novel IRF4 binding site in the IL-17 gene promoter. Overexpression of IRF4 using retroviral infection induced IL-17 production and IL-17 together with IL-6 induced ROR gamma t expression.Conclusions: IRF4 can directly bind to the IL-17 promotor and induces mucosal ROR gamma t levels and IL-17 gene expression thereby controlling Th17-dependent colitis. Targeting of this molecular mechanism may lead to novel therapeutic approaches in human IBD.

The presence of Helicobacter pylori in the liver depends on the Th1, Th17 and Treg cytokine profile of the patient

The hypothesis that Helicobactermight be a risk factor for human liver diseases has arisen after the detection of Helicobacter DNA in hepatic tissue of patients with hepatobiliary diseases. Nevertheless, no explanation that justifies the presence of the bacterium in the human liver has been proposed. We evaluated the presence of Helicobacterin the liver of patients with hepatic diseases of different aetiologies. We prospectively evaluated 147 patients (106 with primary hepatic diseases and 41 with hepatic metastatic tumours) and 20 liver donors as controls. Helicobacter species were investigated in the liver by culture and specific 16S rDNA nested-polymerase chain reaction followed by sequencing. Serum and hepatic levels of representative cytokines of T regulatory cell, T helper (Th)1 and Th17 cell lineages were determined using enzyme linked immunosorbent assay. The data were evaluated using logistic models. Detection of Helicobacter pylori DNA in the liver was independently associated with hepatitis B virus/hepatitis C virus, pancreatic carcinoma and a cytokine pattern characterised by high interleukin (IL)-10, low/absent interferon-γ and decreased IL-17A concentrations (p < 10-3). The bacterial DNA was never detected in the liver of patients with alcoholic cirrhosis and autoimmune hepatitis that are associated with Th1/Th17 polarisation. H. pylori may be observed in the liver of patients with certain hepatic and pancreatic diseases, but this might depend on the patient cytokine profile.

The role of Notch receptor signaling in T helper 17 cell differentiation

Antigenic recognition by naive CD4+ T cells induces their proliferation and differentiation into functionally distinct T helper (Th) cell. Each CD4+ Th cell subset expresses specific transcription factors and produces signature cytokines that coordinate immune responses against encountered pathogens. Among the factors influencing CD4+ Th cell differentiation, Notch signaling pathway has been reported to play a role in the differentiation and function of multiple CD4+Thcell subsets. Notch signaling is an evolutionarily conserved cell-to-cell signaling cascade involved in many cell fate decision processes. How Notch signaling modulates the differentiation of CD4+ Th cell subsets and whether Notch signaling alone is sufficient or not for the differentiation of CD4+ Th cells is still a matter of debate. Th17 cells are a distinct subset of CD4+ Th cells. They play a role in the control of extracellular bacterial and fungal infections and may lead to inflammatory and autoimmune diseases if not properly regulated. Th17 cells are defined by the expression of RAR-related orphan receptor (ROR)a and RORyT transcription factors and their secretion of IL-17A, IL-17F cytokines. The involvement of Notch signaling in Th17 cell differentiation has mostly been studied in vitro. However, neither the experimental conditions when Notch signaling might be involved in Th17 cell differentiation in vitro and in vivo nor the precise role of Notch in this process remain clear. To better define how Notch signaling impacts Th17 differentiation, we used mice with T cell specific ablation of Notchl and Notch2 (N1 N2ACD4Cre) or of Notch transcriptional repressor RBP- JK (RBP-J ACD4Cre). We show that impaired Notch signaling in T cells, when TCR activating signal were reduced, increased RORyT and IL-17 mRNA levels during in vitro Th17 cell differentiation. Following immunization with OVA in CFA, an adjuvant that induces mostly Th17 cell response, increased IL-17A mRNA and intracellular IL-17A levels were observed in draining lymph nodes of Notch-deficient CD4+T cells. Our data suggest that Notch limited Th17 cell differentiation. Despite high levels of IL-17 mRNA and intracellular IL-17 proteins observed in Notch-deficient T cells, their release of Th17 cytokines ex vivo was markedly decreased, indicating a role for Notch signaling. During the second part of this thesis, we observed that the impact of Notch on Th17 cell differentiation and effector functions was context-dependent using different in vivo experimental models, in which Th17 cells and IL-17A were reported to contribute in the disease development. Collectively, our data reveal that Notch signaling controls the fine-tuning of Th17 cell differentiation and effector functions by limiting their differentiation but promoting selectively cytokine release through Notch-dependent mechanisms that still need to be defined. -- Lors d'une réponse immunitaire et grâce à la reconnaissance antigénique, les lymphocytes CD4+ T naïfs prolifèrent, puis se différencient en CD4+ T auxiliaires ("T helper" ou Th) fonctionnellement distincts. Chaque sous-population de lymphocytes CD4+ T auxiliaires exprime des facteurs de transcription et des cytokines spécifiques qui coordonnent la réponse immunitaire contre les pathogènes rencontrés. Parmi les facteurs influençant la différenciation des lymphocytes CD4+ T auxiliaires, la voie de signalisation Notch a été identifiée comme ayant un rôle dans la différenciation et la fonction des différents sous-types de cellules CD4+ T auxiliaires. La voie de signalisation Notch est une voie évolutivement conservée, qui est impliquée dans la signalisation entre les cellules et dans de nombreux processus de décisions cellulaires. La manière dont la voie de signalisation Notch régule la différenciation des lymphocytes CD4+ T en sous-types de cellules CD4+ auxiliaires, mais également la question de savoir si la voie de signalisation Notch est capable ou non d'induire la différenciation des cellules CD4+T auxiliaires, restent à débattre. Les cellules T auxiliaires 17 (Th17) sont un sous-type distinct de cellules CD4+T. Elles jouent un rôle important dans la défense immunitaire contre des pathogènes tels que les bactéries extracellulaires et les champignons. Une dérégulation de la réponse des cellules Th17 peut conduire à des inflammations mais également à des maladies auto-immunes. Les cellules Th17 sont définies par l'expression de leurs facteurs de transcription RAR-related orphan receptor (ROR)a, RORyT et par la sécrétion de cytokines comme IL-17A, IL-17F. Le rôle de la voie de signalisation Notch dans la différenciation des cellules Th17 a principalement été démontré in vitro. Malgré tout, ni les conditions expérimentales dans lesquelles cette voie pourrait être impliquée dans la différenciation des cellules Th17 in vitro et in vivo, mais également ni la fonction exacte de Notch dans ces processus, ne sont des questions résolues. Afin de mieux définir comment la voie de signalisation Notch est impliquée dans la différenciation des cellules Th17, nous avons utilisé des souris avec une déficience spécifique dans les cellules T des récepteurs Notchl et Notch2 (N1N2ACD4Cre) ou du répresseur transcriptionnel de Notch RBP-JK (RBP-J ACD4Cre). Nous avons montré que lorsque la voie de signalisation Notch est déficiente, les niveaux d'ARN messager (ARNm) de RORyT et de IL-17A sont augmentés dans les cellules Th17 pendant la différenciation in vitro, en présence de niveaux réduits des signaux activant les cellules T CD4+. Une augmentation dans les niveaux d'ARNm de IL-17A et de IL-17A intracellulaire au niveau protéinique a été observée dans les cellules T CD4+ Notch déficientes, au niveau des ganglions drainants après immunisation avec l'OVA dans le CFA, un adjuvant induisant une réponse des cellules Th17. Nos résultats suggèrent que Notch pourrait réguler négativement l'expression de IL-17A au niveau transcriptionnel mais également protéinique. Malgré une augmentation de IL-17A au niveau de l'ARNm et protéinique dans les cellules CD4+ T Notch déficientes, paradoxalement la sécrétion de IL-17A mais également de cytokines associées aux fonctions effectrices des cellules Th17 sont profondément diminuées 6X vivo, suggérant un rôle de la voie de signalisation Notch dans ce processus. Dans la deuxième partie de ce travail de thèse, nous avons observé que l'impact de Notch dans la différenciation des cellules Th17 et dans leurs fonctions effectrices était dépendant du contexte dans d'autres modèles expérimentaux in vivo, où les cellules Th17 et l'IL-17A ont été identifiées comme ar-.riCociêSM dans le développement ds la pathologie. En résumé, nous avons montré que la voie de la signalisation Notch contrôle la régulation précise de la différenciation des cellules Th17 en limitant leur différenciation, mais en promouvant sélectivement leur relâchement en cytokines associés aux cellules Th17 par l'intermédiaire de mécanismes dépendant de Notch, qui restent toujours à déterminer. -- Lors d'une réponse immunitaire et grâce à la reconnaissance antigénique, les lymphocytes CD4+ T naïfs prolifèrent, puis se différencient en CD4+ T auxiliaires ("T helper" ou Th) fonctionnellement distincts. Chaque sous-population de lymphocytes T auxiliaires exprime des facteurs de transcription et des cytokines spécifiques qui coordonnent une réponse immunitaire contre différents pathogènes. Les mécanismes liés à la différenciation des lymphocytes CD4+ T auxiliaires sont complexes et régulés. Une mauvaise régulation de la différenciation des lymphocytes CD4+ T auxiliaires peut conduire à des maladies auto-immunes, mais également à des processus inflammatoires. Parmi les facteurs influençant la différenciation des lymphocytes T auxiliaires, la voie de signalisation Notch a été identifiée comme ayant un rôle dans la différenciation et la fonction des différents sous-types de cellules CD4+ T auxiliaires. La voie de signalisation Notch est une voie évolutivement conservée, qui est impliquée dans la signalisation entre les cellules, mais également dans de nombreux processus de décisions cellulaires. Quelle est l'implication de la voie de signalisation Notch dans la différenciation des lymphocytes CD4+ en sous-types de cellules CD4+T auxiliaires et comment cette voie agit dans ce processus, sont des questions débattues. Les cellules T auxiliaires 17 (Th17) sont une sous-population distincte de lymphocytes CD4+. Elles jouent un rôle important dans la défense immunitaire contre les bactéries extracellulaires et les champignons. Une dérégulation de la réponse des cellules Th17 a été associée à des maladies auto-immunes et à l'inflammation. Les cellules Th17 sont définies par l'expression du facteur de transcription RAR-related orphan receptor (ROR)yT et des cytokines comme IL-17A, IL-17F. Le rôle de la voie de signalisation Notch dans la différenciation des cellules Th17 a été principalement démontré dans des études expérimentales in vitro. Malgré tout, les conditions expérimentales exactes dans lesquelles la voie de signalisation de Notch pourrait être impliquée dans la différenciation des cellules Th17, mais également le rôle de Notch dans ce processus ne sont pas encore clairement élucidés. Afin de mieux définir comment la voie de signalisation Notch est impliquée dans la différenciation des cellules Th17, nous avons utilisé des souris avec une déficience spécifique dans les cellules T des récepteurs Notchl et Notch2 (N1 N2ACD4Cre) ou du répresseur transcriptionnel de Notch RBP-JK (RBP-JACD4CRE). Nous avons montré que lorsque la voie de signalisation Notch est déficiente, les niveaux d'ARN messager (ARNm) de RORyT et de IL-17 sont augmentés dans les cellules Th17 pendant leur différenciation in vitro. Cet effet de Notch sur la transcription apparaît être facultatif lorsque les conditions environnementales sont en excès in vitro. Après immunisation avec un adjuvant qui induit principalement une réponse des cellules Th17, nous avons observé que les niveaux de ARNm de IL-17A et aussi de IL-17A intracellulaire au niveau protéinique étaient augmentés dans les ganglions drainants dans les cellules CD4+ Notch déficientes. Ces résultats suggèrent que Notch pourrait réguler négativement l'expression de IL- 17 au niveau transcriptionnel mais également protéinique. Malgré des niveaux plus élevés de IL- 17 ARNm et aussi IL-17A intracellulaire dans les cellules T Notch déficientes, le relâchement en cytokines Th17 est profondément diminué indiquant un rôle de la voie de signalisation Notch dans ces processus de sécrétion. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons observé que le rôle de Notch dans ia différenciation dss cellules Ti,17 et dans leurs fonctions effectrices était dépendant du contexte dans d'autres modèles expérimentaux, qui ont été rapportés comme une réponse induisant des cellules Th17. En résumé, nos données montrent que la voie de la signalisation Notch contrôle la régulation précise de la différenciation des cellules Th17 en limitant leur différenciation mais en promouvant sélectivement le relâchement en cytokines associées aux cellules Th17 par des mécanismes dépendant de Notch qui restent toujours à déterminer. Par conséquent, l'inhibition de la voie de signalisation Notch pourrait être utilisée dans des situations inflammatoires ou d'auto-immunité où la réponse des cellules Th17 est exacerbée.

TH17 cells promote microbial killing and innate immune sensing of DNA via interleukin 26.

Interleukin 17-producing helper T cells (TH17 cells) have a major role in protection against infections and in mediating autoimmune diseases, yet the mechanisms involved are incompletely understood. We found that interleukin 26 (IL-26), a human TH17 cell-derived cytokine, is a cationic amphipathic protein that kills extracellular bacteria via membrane-pore formation. Furthermore, TH17 cell-derived IL-26 formed complexes with bacterial DNA and self-DNA released by dying bacteria and host cells. The resulting IL-26-DNA complexes triggered the production of type I interferon by plasmacytoid dendritic cells via activation of Toll-like receptor 9, but independently of the IL-26 receptor. These findings provide insights into the potent antimicrobial and proinflammatory function of TH17 cells by showing that IL-26 is a natural human antimicrobial that promotes immune sensing of bacterial and host cell death.

Optimal clearance of Sporothrix schenckii requires an intact Th17 response in a mouse model of systemic infection

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

Endogenous estrogens, through estrogen receptor , constrain autoimmune inflammation in female mice by limiting CD4(+) T-cell homing into the CNS

Sex hormones influence immune responses and the development of autoimmune diseases including MS and its animal model, EAE. Although it has been previously reported that ovariectomy could worsen EAE, the mechanisms implicated in the protective action of endogenous ovarian hormones have not been addressed. In this report, we now show that endogenous estrogens limit EAE development and CNS inflammation in adult female mice through estrogen receptor expression in the host non-hematopoietic tissues. We provide evidence that the enhancing effect of gonadectomy on EAE development was due to quantitative rather than qualitative changes in effector Th1 or Th17 cell recruitment into the CNS. Consistent with this observation, adoptive transfer of myelin oligodendrocyte glycoprotein-specific encephalitogenic CD4(+) T lymphocytes induced more severe EAE in ovariectomized mice as compared to normal female mice. Finally, we show that gonadectomy accelerated the early recruitment of inflammatory cells into the CNS upon adoptive transfer of encephalitogenic CD4(+) T cells. Altogether, these data show that endogenous estrogens, through estrogen receptor , exert a protective effect on EAE by limiting the recruitment of blood-derived inflammatory cells into the CNS.

Segmented filamentous bacterium uses secondary and tertiary lymphoid tissues to induce gut IgA and specific T helper 17 cell responses.

Segmented filamentous bacterium (SFB) is a symbiont that drives postnatal maturation of gut adaptive immune responses. In contrast to nonpathogenic E. coli, SFB stimulated vigorous development of Peyer's patches germinal centers but paradoxically induced only a low frequency of specific immunoglobulin A (IgA)-secreting cells with delayed accumulation of somatic mutations. Moreover, blocking Peyer's patch development abolished IgA responses to E. coli, but not to SFB. Indeed, SFB stimulated the postnatal development of isolated lymphoid follicles and tertiary lymphoid tissue, which substituted for Peyer's patches as inductive sites for intestinal IgA and SFB-specific T helper 17 (Th17) cell responses. Strikingly, in mice depleted of gut organized lymphoid tissue, SFB still induced a substantial but nonspecific intestinal Th17 cell response. These results demonstrate that SFB has the remarkable capacity to induce and stimulate multiple types of intestinal lymphoid tissues that cooperate to generate potent IgA and Th17 cell responses displaying only limited target specificity.

Estudo da resposta Th17 no transplante renal alogênico: contribuição do eixo quimiotático CCR6/CCL20 e dos polimorfismos gênicos em IL17A e IL17RA

Kidney transplantation is the best treatment for patients who have lost kidney function. Renal transplant patients require accurate immunosuppressive drugs to prevent rejection. In this process T helper cells of the immune system perform key role in the immune response to the graft, and recently the Th17 cells has been investigated by production of IL-17 potent proinflammatory cytokine whose role in the rejection has also been described. Increased of Th17 cell expression has an important association with the development of rejection in renal microenvironment, however the likely mechanism is not well understood. This study aimed to evaluate the Th17 response from the influence of the chemotactic axis CCR6/CCL20 and genetic variants in IL-17 and IL-17RA. We conducted a case-control study involving 148 patients transplanted at the University Hospital Onofre Lopes/UFRN in which assessed by immunohistochemistry protein expression of IL-17 and chemokines CCR6/CCL20 and by PCR-RFLP genetic variants in IL17A and IL17RA. Our results showed no influence of genetic polymorphisms on the outcome of the graft or the protein expression of IL-17. In renal graft microenvironment found several sources producing IL-17: tubular epithelial cells, glomerular cells, neutrophils and cell interstitial infiltration, in turn the expression of chemotactic axis CCR6/CCL20 was restricted to the tubular epithelium cells. There was a slight positive linear correlation between the presence of IL-17 and expression of chemotactic axis CCR6/CCL20 in the microenvironment of renal graft. Therefore, we believe that, combined with our results, further studies with increased "n" sample and greater control over the variables involved in obtaining the renal specimen, can determine more clearly the influence of chemotactic axis CCR6 / CCL20 and polymorphisms in cytokines related to Th17 profile on the control of this cell subtype response in rejection processes to renal allograft.

The role of nonhematopoietic MHC class II expression in immune responses and tolerance

Si les rôles fonctionnels de diverses cellules immunitaires infiltrant des tissus enflammés sont assez bien compris, par contre, étonnamment, on connaît bien moins la capacité des cellules non hématopoïétiques résidant dans des tissus, à moduler l'activité biologique des cellules immunitaires immigrantes, et donc le résultat de la réponse immunitaire. La présentation des antigènes, dans le contexte des molécules du CMH de classe II (CMHII) à la surface des cellules présentatrices d'antigènes (CPA) professionnelles à une sous- population de lymphocytes T, est cruciale pour le développement des réponses immunitaires protectives spécifiques de l'antigène. En général, l'expression de CMHII est réservée aux CPAs. Toutefois, au cours des pathologies inflammatoires spécifiques d'organe, telles que l'auto-immunité ou la maladie inflammatoire de l'intestin, l'expression de CMHII est également induite par la cytokine interféron (IFN)-y sur des cellules non hématopoïétiques qui résident dans des tissus enflammés. Les conséquences de ce phénomène sont encore peu comprises. Dans cette étude, nous avons utilisé une souche de souris génétiquement modifiées, qui n'a pas la capacité d'induire l'expression de CMHII sur les cellules non hématopoïétiques, mais a maintenu la régulation normale d'expression de CMHII sur les cellules hématopoïétiques. Nous avons appliqué ces souris à différents modèles d'inflammation intestinale et à un modèle de maladie qui imite la maladie auto-immune de l'inflammation du muscle cardiaque (myocardite) chez l'homme. Nous avons pu montrer que, au cours de l'inflammation intestinale, l'expression du CMHII nonhématopoïétique, ou encore l'expression du CMHII par les cellules épithéliales de l'intestin, confère une protection contre la maladie, en réduisant les cellules immunitaires inflammatoires et en augmentant les cellules Τ régulatrices anti-inflammatoires. Ces résultats pourraient expliquer l'échec des traitements d'anti-IFN-γ dans les maladies intestinales inflammatoires chez l'homme. En revanche, dans la myocardite auto-immune, nos résultats indiquent que la présentation d'antigènes par les cellules non hématopoïétiques du coeur est nécessaire pour l'apparition de la pathologie cardiaque, comme nos souris sont résistantes à la maladie. Toutefois, cela n'est pas dû à un défaut d'activation des lymphocytes T, car les lymphocytes Τ des souris mutantes sont parfaitement capables de promouvoir la maladie après le transfert adoptif dans des animaux de type naturel. Nos résultats suggèrent que, durant les maladies inflammatoires spécifiques d'organe, la présentation d'antigène par des cellules non hématopoïétiques module et contribue au résultat de la réponse immunitaire d'une manière opposée, conférant soit la protection contre la maladie ou sa promotion. Nos résultats pourraient ouvrir la voie à des thérapies qui prennent en compte la contribution de la présentation d'antigènes par les cellules non hématopoïétiques, au cours des maladies inflammatoires spécifiques d'organe. - Les molécules du CMH de classe II (CMHII) sont fondamentales pour la présentation des antigènes aux lymphocytes Τ CD4+, car elles permettent le développement des réponses immunitaires spécifiques de l'antigène. Il est largement admis que l'expression de CMHII est réservée aux cellules présentatrices d'antigènes (CPA). Cependant, dans des conditions inflammatoires, l'expression de CMHII est en principe également induite par l'interféron (IFN)-y sur les cellules non hématopoïétiques, telles que les cellules épithéliales et les cardiomyocytes. Une controverse existe jusqu'à présent au sujet de la fonction de cette présentation d'antigènes non professionnelle, pour savoir si elle favorise la tolérance ou l'immunité dépendante des lymphocytes Τ in vivo. Pour répondre à cette question, nous avons testé des souris qui ne sont pas capables d'induire l'expression du CMHII sur les cellules non hématopoïétiques (souris PIV-/- K14 CIITA Tg) parmi différents modèles murins de pathologies inflammatoires, à savoir les modèles de vaccination pour induire des réponses spécifiques d'antigènes des lymphocytes B, plusieurs modèles de colite et un modèle de myocardite auto-immune expérimental (EAM). Pour cela, nous avons administré à ces souris un modèle de colite atténuée, induite par une infection chronique à Helicobacter hepaticus et par l'administration d'anticorps monoclonaux bloquant le récepteur de l'interleukine (IL)-10 (anti-IL-10R). Dans ce système, nous avons pu observer que l'expression abrogée de CMHII a aggravé la colite bactérienne, soit par les cellules non hématopoïétiques, soit exclusivement par les cellules épithéliales intestinales (CEI) dans un autre modèle murin (souris plV_fl/fl vil-Cre Tg). Ce phénotype du côlon a été associé à une augmentation des fréquences de cellules immunitaires innées, de lymphocytes Th1 CD4+, et d'expression des cytokines et de chimiokines pro-inflammatoires, y compris l'IFN-γ. Notamment, l'expression défectueuse de CMHII non hématopoïétique a également réduit les cellules Τ régulatrices (Treg) Forkhead box P3 (FoxP3)+, sans influencer les fréquences des cellules innées lymphoïdes et des cellules Th17. Ces résultats suggèrent un rôle tolérogène de CEIs CMHII+ qui contribue à l'homéostasie immunitaire intestinale. En revanche, dans le modèle d'EAM, les souris ayant subi une ablation de CMHII non hématopoïétique étaient résistantes à l'induction de la maladie, alors que la progression de la pathologie cardiaque, dans les souris de type naturel ou hétérozygotes, a été accompagnée par une régulation positive de l'expression de CMHII du myocarde. Cependant, l'inflammation cardiaque pourrait être transférée de manière adoptive depuis des souris amorcées PIV-/- K14 CIITA Tg vers des souris de type naturel, indiquant l'absence de défaut intrinsèque d'amorçage des cellules T CD4+ dans notre modèle de souris. Ces observations impliquent un rôle à jouer pour des cellules CMHII+ non hématopoïétiques résidentes du coeur, dans la promotion active de ΙΈΑΜ. En conclusion, nos résultats, provenant de diverses pathologies inflammatoires spécifiques d'organes, suggèrent un rôle complexe et divergent, soit tolérogène, soit immunogène/ pathologique, pour l'expression de CMHII non hématopoïétique au cours des pathologies inflammatoires. L'expression non professionnelle de CMHII semble influencer le résultat des réponses immunitaires en fonction de différents facteurs, tels que le tissu cible, le(s) type(s) de cellule(s) non hématopoïétique(s) participante(s) et l'origine de l'inflammation. Nos résultats pourraient potentiellement ouvrir la voie à des applications thérapeutiques, qui tiennent compte de la contribution de la présentation d'antigènes par des CPAs non professionnelles, au cours de l'inflammation spécifique d'organe. - MHC class II (MHCII) molecules are fundamental for the presentation of antigens to CD4+ Τ cells, allowing the development of antigen-specific immune responses. It is widely accepted that MHCII expression is restricted to antigen-presenting cells (APC). However, under inflammatory conditions, MHCII expression is typically also induced by interferon (IFN)-y on nonhematopoietic cells such as epithelial cells and cardiomyocytes. So far, it remains controversial whether this nonprofessional antigen-presentation function promotes CD4+ Τ cell-dependent tolerance or immunity in vivo. To address this issue, we utilised mice which lack inducible MHCII expression on nonhematopoietic cells (pIV-/- K14 CIITA Tg mice) in different mouse models of inflammatory pathologies, namely immunisation models to induce antigen-specific Β cell responses, various colitis models and a model of experimental autoimmune myocarditis (EAM). In an attenuated model of colitis induced by chronic Helicobacter hepaticus infection and treatment with anti-interleukin (IL)-10 receptor (anti-IL-10R) monoclonal blocking antibody, we observed that abrogated MHCII expression by nonhematopoietic cells or, in an alternative tamoxifen-inducible mouse model (plV_fl/fl vil-Cre Tg mice), exclusively by intestinal epithelial cells (IEC), exacerbated bacterial-driven colitis, which was associated with increased colonic frequencies of innate immune cells, CD4+ Th1 cells and expression of proinflammatory cytokines and chemokines, including IFN-γ. Notably, defective nonhematopoietic MHCII expression also resulted in reduced Forkhead box P3 (FoxP3)+ regulatory Τ (Treg) cells without influencing innate lymphoid cell (ILC) and Th17 cell frequencies. These findings suggest a tolerogenic role of MHClT lECs to contribute to intestinal immune homeostasis. In contrast, in the EAM model, mice ablated of nonhematopoietic MHCII were resistant to disease induction, whereas progression of cardiac pathology in WT and heterozygous control mice was accompanied by upregulation of myocardial MHCII expression. However, cardiac inflammation could be adoptively transferred from primed pIV-/- K14 CIITA Tg mice into WT mice, indicating no intrinsic defect of CD4+ Τ activation in our mouse model. These observations imply a role for MHCIT heart-resident nonhematopoietic cells in actively promoting EAM. In conclusion, our findings from different organ-specific inflammatory pathologies suggest a complex and diverging role - either tolerogenic or immunogenic/ pathologic - for nonhematopoietic MHCII expression during inflammatory pathologies: Nonprofessional MHCII expression appears to influence the outcome of immune responses depending on 7 factors such as the target tissue, participating non hematopoietic cell type(s) and the origin of inflammation. Our findings may potentially open the way to therapeutic applications taking into account the contribution of antigen presentation by nonprofessional, tissue-resident APCs during organ-specific inflammation.

IL-6 activated integrated BATF/IRF4 functions in lymphocytes are T-bet-independent and reversed by subcutaneous immunotherapy.

IL-6 plays a central role in supporting pathological TH2 and TH17 cell development and inhibiting the protective T regulatory cells in allergic asthma. TH17 cells have been demonstrated to regulate allergic asthma in general and T-bet-deficiency-induced asthma in particular. Here we found an inverse correlation between T-bet and Il-6 mRNA expression in asthmatic children. Moreover, experimental subcutaneous immunotherapy (SIT) in T-bet((-/-)) mice inhibited IL-6, IL-21R and lung TH17 cells in a setting of asthma. Finally, local delivery of an anti-IL-6R antibody in T-bet((-/-)) mice resulted in the resolution of this allergic trait. Noteworthy, BATF, crucial for the immunoglobulin-class-switch and TH2,TH17 development, was found down-regulated in the lungs of T-bet((-/-)) mice after SIT and after treatment with anti-IL-6R antibody, indicating a critical role of IL-6 in controlling BATF/IRF4 integrated functions in TH2, TH17 cells and B cells also in a T-bet independent fashion in allergic asthma.

Induced pluripotent stem cells as a promising tool to study the effect of interleukin-22 in multiple sclerosis

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie démyélinisante du système nerveux central (SNC) provoquant des pertes motrices, sensitives et cognitives. La SEP se déclare chez le jeune adulte ayant des prédispositions génétiques, mais semble induite, par des facteurs environnementaux. La SEP touche principalement les femmes et sa prévalence dans les zones à haut risque, tel que la Suisse, est de 0.1%. Bien que son étiologie exacte reste méconnue, nous savons que la maladie est médiée par des lymphocytes T autoréactifs périphériques, qui infiltrent le SNC où ils activent d'autres cellules immunitaires ainsi que les cellules du SNC elles-mêmes, créant un foyer inflammatoire, qui va attaquer et finir par tuer les oligodendrocytes et les neurones. Les épisodes inflammatoires sont entrecoupés par des phases de rémission associées à une guérison partielle des lésions. Cette première phase de la maladie, comprenant des épisodes inflammatoires et de rémissions est appelé SEP récurrente-rémittente (SEP-RR) et touche 90% des patients. Elle évolue, dans deux-tiers des cas, vers une SEP secondaire progressive (SEP-SP), qui est caractérisée par une progression constante de la maladie, associée à une réduction de l'inflammation mais une augmentation de la neurodégénérescence. Les patients souffrants de SEP primaire progressive (SEP-PP) développent directement les symptômes de la phase progressive de la maladie. Les thérapies disponibles ont considérablement amélioré l'évolution de la maladie des patients SEP-RR, en agissant sur une diminution de la réponse immunitaire et donc de l'inflammation. Cependant, ces traitements sont inefficaces chez les patients SEP-SP et SEP-PP, n'agissant pas sur la neurodégénérescence. IL-22, une cytokine sécrétée notoirement par les cellules Th17, a été associée à la SEP en contribuant à la perméabilisation de la barrière hémato-encéphalique et à l'inflammation du SNC, qui sont des étapes clés de la pathogenèse de la maladie. En outre, le gène codant pour un inhibiteur puissant d'IL- 22, 'IL-22 binding protein' (IL-22BP), a été démontré comme un facteur de risque de la SEP. Ces indices nous ont poussés à nous intéresser de plus près au rôle de l'IL-22 dans la SEP. Nous avons pu montrer qu'IL-22 et IL-22BP étaient augmentées dans le sang des patients SEP par rapport à des sujets sains. Nous avons trouvé qu'IL-22 cible spécifiquement les astrocytes dans le SNC et que son récepteur est particulièrement exprimé dans les lésions des patient SEP. Contre toute attente, nous avons pu montrer que l'IL-22 semble soutenir la survie des astrocytes. Cette découverte, suggérant qu'IL-22 serait protecteur pour le SNC et pour la SEP, confirme de récentes publications et ouvre la voie à de potentielles applications thérapeutiques. En parallèle, dans le but de mieux comprendre l'immunopathogenèse de la SEP, nous avons développé les techniques de culture de cellules souches pluripotentes induites (iPSC). Nos iPSC sont dérivées du sang des donneurs et acquièrent toutes les propriétés des cellules souches embryonnaires après induction. Les iPSC peuvent ensuite être différenciées en différents types de cellules, dont les cellules du SNC. Nous avons ainsi pu obtenir avec succès des neurones, dérivés de cellules du sang, en passant par le stade des iPSC. La prochaine étape consiste à générer des cultures d'astrocytes et d'oligodendrocytes et ainsi obtenir les principales cellules du SNC, le but étant de former de véritables 'cerveaux-en-culture'. Cet outil semble particulièrement adapté à l'étude de l'activité de diverses molécules sur les cellules du SNC, comme par exemple l'IL-22 et d'autres molécules ayant un potentiel intérêt thérapeutique au niveau du SNC. Le but ultime étant de développer des co-cultures de cellules du SNC avec des cellules immunitaires autologues, de patients SEP et de sujets sains, afin de mettre en évidence l'attaque des cellules du SNC par des leucocytes autoréactifs. Ce projet prospectif a permis d'accroître nos connaissance sur des aspects immunitaires de la SEP et à pour but de mieux comprendre l'immunopathogenèse de la SEP afin d'élaborer de nouvelles stratégies thérapeutiques. -- La sclérose en plaques est une maladie auto-inflammatoire du système nerveux central conduisant à la destruction de la myéline, indispensable à la conduction nerveuse, et finalement à la mort des neurones eux-mêmes. Cela a pour conséquence des pertes motrices, sensorielles et cognitives, qui ont tendance à s'aggraver au fil de la maladie. Elle se déclare chez le jeune adulte, entre l'âge de 20 et 40 ans, et prédomine chez la femme. En Suisse, environ une personne sur l'OOO est atteinte de sclérose en plaques. Les causes exactes de cette maladie, qui incluent des facteurs génétiques et environnementaux, sont encore mal connues. Des traitements de plus en plus efficaces ont été développés ces dernières années et ont permis de drastiquement améliorer l'évolution de la maladie chez les patients atteints de sclérose en plaques. Cependant, ces traitements ne sont efficaces que sur certaines catégories de patients et peuvent engendrer de lourds effets secondaires. Ces thérapies agissent presque exclusivement sur les cellules du système immunitaire en les désactivant partiellement, mais pas sur les cellules nerveuses, qui sont pourtant celles qui conditionnent le devenir du patient. Le développement de médicaments protégeant ou permettant la régénération des cellules du système nerveux central est donc primordial. L'étude de l'interleukine-22 nous a permis de montrer que cette cytokine ('hormone' du système immunitaire) pouvait cibler spécifiquement les astrocytes, des cellules gliales qui jouent un rôle central dans le maintien de l'équilibre du système nerveux central. Nos recherches ont montré que cette interleukine-22 permettrait une meilleure survie des astrocytes durant la phase aiguë de la maladie et aurait aussi des propriétés neuroprotectrices. En parallèle, nous sommes en train de développer un nouveau modèle in vitro d'étude de la sclérose en plaques grâce à la technologie des cellules souches pluripotentes induites. Ces cellules souches sont induites à partir de cellules du sang du donneur et acquièrent toutes les caractéristiques des cellules souches embryonnaires présentes dans un organisme en formation. Ainsi, ces cellules souches pluripotentes ont, par exemple, la capacité de se différencier en cellules du système nerveux central. Nous avons pu, de cette manière, obtenir des neurones. Le but ultime serait de pouvoir reconstituer une ébauche de cerveau in vitro, en cultivant ensemble différents types de cellules du système nerveux central, afin d'y réaliser des expériences avec des cellules immunitaires du même donneur. Ces travaux ont pour but d'améliorer notre compréhension de la pathogenèse de la sclérose en plaques et de permettre le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques. --Multiple sclerosis (MS) is a demyelinating disease of the central nervous system leading to cognitive, sensitive and motor disabilities. MS occurs in genetically predisposed young adults with probable environmental triggers. MS affects predominantly women and its prevalence in high risk area such as Switzerland is 0.1%. Though its exact aetiology remains undetermined, we know that autoreactive T cells from de periphery are reactivated and recruited into the central nervous system (CNS) were they further activate other immune cells and resident cells, creating inflammatory foci, where oligodendrocytes and neurons are insulted and, eventually, killed. Inflammatory episodes, called relapses, are interspersed with remission phases where partial recovery of the lesions occurs. This first phase of the disease, occurring in 90% of the patients, is called relapsing-remitting MS (RR-MS) and is leading, in two-third of the cases, to secondary-progressive MS (SP-MS), where there is a continuous steady progression of the disease, associated with reduced inflammation but increased neurodegeneration. Primary-progressive MS (PP-MS) patients experience directly this progressive phase of the disease. Whereas disease modifying therapies have dramatically ameliorated the disease course of RR-MS patients by dampening immunity and, in turn, inflammation, treatments of SP-MS and PP-MS patients, who suffer primarily from the neurodegenerative aspect of the disease, are still inexistent. IL-22, a pro-inflammatory Th17 cell cytokine, has been associated with MS by participating to blood-brain barrier infiltration and CNS inflammation, which are crucial steps in MS pathogenesis. In addition, the gene coding for IL-22 binding protein (IL-22BP), which is a potent secreted IL-22 inhibitor, has been associated with MS risk. These findings call for further investigation on the role of IL-22 in MS. We detected increased IL-22 and IL-22BP in the blood of MS patients as compared to healthy controls. Acting exclusively on cells of nonhematopoietic origin, we found that IL-22 targets specifically astrocytes in the CNS and that its receptor is highly expressed in the lesion of MS patients. Unexpectedly, we found that IL-22 seems to promote survival of astrocytes. This finding, suggesting that IL-22 might be protective for the CNS in the context of MS, is consistent with recent publications and might open putative therapeutic applications at the CNS level. In parallel, with the aim of better understanding the immunopathogenesis of MS, we developed induced pluripotent stem cell (iPSC) techniques. IPSC are derived from blood cells of the donors and bear embryonic stem cell properties. IPSC can be differentiated into various cell types including CNS cells. We successfully obtained neurons derived from the donor blood cells, through iPSC. We further aim at developing astrocytes and oligodendrocytes cultures to recreate a 'brain-in-a-dish'. This would be a powerful tool to test the activity of various compounds on CNS cells, including IL-22 and other putative neuroprotective drugs. Ultimately, the goal is to develop co-cultures of CNS cells with autologous immune cells of MS patients as well as healthy controls to try to expose evidence of CNS cells targeted by autoreactive leukocytes. This prospective project has increased our knowledge of immune aspects of MS and further aims at better understanding the immunopathology of MS in order to pave the way to the elaboration of new therapeutic strategies.