京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第25168号 / 医博第5054号 / 新制||医||1071(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 上野 英樹, 教授 波多野 悦朗, 教授 伊藤 能永 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

No description available.

High mobility group box 1 (HMGB1) was first identified as a chromatin-associated protein and later discovered to initiate and regulate inflammation by inducing cytokine production, cell migration and cell differentiation. HMGB1 forms complexes with a variety of proteins (e.g. C1q, LPS, CXCL12, IL-1a, IL1b, Beclin-6, p53) that in turn play a role in different cellular mechanisms. However, most HMGB1-protein complexes identified are found in the extracellular space whereas intracellular HMGB1-protein complexes are far less defined.  Firstly, data of HMGB1 interactome was previously generated by Rebecka Heinbäck, Erlandsson Harris group at KI. The HMGB1 interactome was identified in resting and in LPS-stressed THP-1 cells using a method called BioID.  The objective was to explore possible intracellular HMGB1 protein-protein interactions during resting and inflammatory conditions. HMGB1 in complex with other proteins have been known to exhibit crucial functions, therefore our investigation can lead to important knowledge in developing promising future therapeutics targeting HMGB1 in addition to further knowledge on intracellular functions of HMGB1. In this project, we used a combination of different computational analysis tools to explore the roles of HMGB1 and its interactome. Thereafter, we selected proteins within the BioID dataset that were further investigated for direct protein-protein interactions with HMGB1 using computational modelling as well as laboratory techniques, such as co-immunoprecipitation.  Our data reveals functional and biological differences of HMGB1 in resting and LPS activated THP-1 cells. Within resting cells, the HMGB1 interactome is involved in transduction and transcription processes whereas under LPS-stressed conditions HMGB1 is indicated in apoptosis, HATs, and processes in antiviral mechanisms, mainly when localised in the cytosol. Additionally, we revealed potential direct interaction of HMGB1 to S100A6 and HCLS1, in which both can induce different functionalities. Finally, we have further explored the interaction possibilities of HMGB1:S100A6 complex to RAGE, where we found interesting, preliminary results that should be further explored.  To conclude, this thesis suggests new direct, intracellular interaction partners to HMGB1 and indicates a shift in the HMGB1 interactome following LPS stress.

New Zealand Black/White F₁ hybrid (NZB/W) and MRL/Mp-lpr/lpr (MRL/lpr) mice spontaneously develop a Systemic Lupus Erythematosus-like autoimmune disease. While the primary immunologic defect in the NZB/W is due to B cells, in the MRL/lpr it is a result of T cell abnormalities. Diethyldithiocarbamate (DTC), an agent suggested to enhance T cell function, was used to treat both strains. Weekly treatment of NZB/W mice with 25 mg/kg DTC had no significant effect upon survival or autoantibody levels but did induce changes in cell surface antigen expression. MRL/lpr mice treated with DTC displayed normalization of cell surface antigen expression (particularly increased expression of Lyt-2, macrophage markers and Lyt-2⁺/L3T4⁺ thymocytes), decreased lymphoproliferation and thymic atrophy, decreased serum autoantibody levels and kidney deposition of C3 and IgM, restored responses to mitogens and significantly prolonged survival. To determine both the influence of MRL background and lpr genes and to better understand on what cell populations DTC effects, changes in cell surface antigen expression were examined in DTC treated MRL-+/+, Balb/c, and Balb/lpr strains. The only consistent similarities observed between all strains tested were DTC induced changes in Mac-1 splenocyte surface antigen expression. In vitro studies showed DTC to have variable effects upon the mitogenic responses of lymphoid cells to phytohemagluttinin, but DTC alone stimulated both MRL/lpr and Balb/lpr lymphocytes. DTC stimulated the null cell population that predominates in lpr gene-bearing mice, but all observed in vitro effects of DTC were dependent upon the adherent cell population included in culture. DTC had no apparent direct effects upon adherent cells alone however. These studies have shown that DTC is capable of positive effects upon one autoimmune murine strain, the MRL/lpr, but not the NZB/W. DTC appears to affect macrophages, but other cell populations are required to obtain full activity of this compound. The variable effects of DTC emphasize the need to define the immunopathology of individual patients with autoimmune disease before initiating treatment with immunomodulative therapy.

No description available.

La polyarthrite rhumatoïde (PR) est le plus fréquent des rhumatismes inflammatoires et représente un problème de santé publique majeur. A l'heure actuelle, les biothérapies anti-TNF sous forme de protéines recombinantes constituent une avancée considérable dans le traitement de la polyarthrite rhumatoïde (PR). Néanmoins, il convient de développer des approches thérapeutiques alternatives pour traiter les 40% de patients non-répondeurs ainsi queceux qui échappent à plusieurs années de traitement. La recherche de nouvelles cibles thérapeutiques est indispensable pour proposer des approches alternatives à ces biothérapies. Par ailleurs, les techniques de transfert de gène offrent une alternative thérapeutique possible pour pallier aux limitations des biothérapies actuelles, à condition de les adapter aux contraintes du tissu cible de la PR, les articulations. Les projets ont consisté à développer et valider dans des modèles expérimentaux d'arthrite de nouvelles stratégies anti-inflammatoires basées sur l'utilisation de l'ARN interférence comme outil thérapeutique. En effet, la possibilité d'interférer au niveau des mécanismes responsables de l'expression des protéines,la régulation de la stabilité des ARNm et de l'efficacité de la machinerie traductionnelle, présente un intérêt thérapeutique supérieur aux biothérapies actuelles basées sur l'inhibition des protéines sécrétées (anticorps ou récepteurs solubles) mais nécessite cependant de posséder un vecteur qui transduit efficacement les cellules productrices de la molécule ciblée. / Rheumatoid arthritis (RA) is the most frequent chronic inflammatory systemicautoimmune disease that remains a major medical challenge as the exact causes of the disease are not completely elucidated. The principal treatment strategies arebased on the inhibition of TNF-α, one of the major inflammatory cytokine in RA.Although risk and benefit analyses are in favour of the use of monoclonal antibodiesagainst TNF-α, the most currently used biotherapy, they are not devoid from multipleside effects. The search for new therapeutic targets is essential to proposealternative approaches to non responders to such biotherapies. The possibility to interfere in the mechanisms responsible for regulating mRNA stability andeffectiveness of the translational machinery also present a therapeutic benefitsuperior to current biologic therapies based on inhibition secreted proteins(antibodies or soluble receptors). Such approach however requires developingvectors that efficiently transduced the specific cell type producing the targeted gene.Projects of my PhD fellowship have included both the development of gene therapyvehicles for RNAi-based intervention in experimental mouse models of arthritis andevaluation of novel candidate genes for alternative anti-inflammatory therapy in RA.

Les récepteurs Toll-like (TLRs) détectent des structures conservées exprimées par différentes classes de microorganismes, jouant ainsi un rôle majeur dans la réponse immunitaire. Les TLRs localisés dans les endosomes (TLR3, 7, 8 et 9) reconnaissent principalement des acides nucléiques dérivés de microbes. Cependant, ils peuvent également être responsables de la reconnaissance d’acides nucléiques endogènes et contribuer au développement d’auto immunité. A la différence du TLR8humain, le TLR8 murin n’induit pas de réponse à l’ARN simple brin et a ainsi été considéré comme non fonctionnel. Le but de cette étude est d’étudier le rôle du TLR8 murin dans l’immunité. Nous avons montré que les cellules dendritiques déficientes en TLR8 surexpriment le TLR7 et présentent une réponse accrue à une stimulation de TLR7. Chez la souris, la déficience en TLR8 entraine une augmentation des taux d’anticorps circulant (IgM, IgG, IgG2a), des autoanticorps, et au niveau rénal la présence de dépôts de complexes immuns. A l’inverse des souris TLR8-/-, les souris TLR7/8-/- sont protégées de tout symptôme. Nos résultats indiquent donc que chez la souris le TLR8 joue un rôle primordial dans la modulation de l’expression de TLR7, et cette régulation est cruciale dans le contrôle du développement d’autoimmunité spontanée. / Toll-like receptors (TLRs) detect conserved molecular products of microorganisms and play anessential role in the induction of immune responses. Endosomal TLRs (TLR3, 7, 8 and 9) sensenucleic acids derived from microbes. However they can also recognize self nucleic acids and thus beinvolved in the development of autoimmunity. Unlike human TLR8, murin TLR8 does not respond tosingle-stranded RNA suggesting that it could be not functional. In the current study, we investigatedthe role of murine TLR8 signaling in immunity. We found that TLR8-/- dendritic cells overexpressTLR7 and are hyperesponsive to various TLR7 ligands. In mice, TLR8 deficiency leads to increasedlevels of IgM, IgG, IgG2a circulating antibodies, autoantibodies and in the kidney to higher depositionof immunocomplexes while double TLR7/8-/- mice are protected from autoimmune features. Thesedata provide evidence for a pivotal role of murine TLR8 in the regulation of murine TLR7 expressionand this control is critical for the prevention of spontaneous autoimmunity development.

This thesis presents genetic studies aiming at enlarging our knowledge regarding the genetic factors underlying two immune-mediated diseases, hypothyroidism and autoimmune Addison’s disease (AAD), in dogs and humans, respectively. Genetic and environmental factors are indicated to contribute to canine hypothyroidism, which can be considered a model for human Hashimoto’s thyroiditis (HT). In Paper I we performed the first genome-wide association (GWA) study of this disease in three high-risk dog breeds (Gordon Setter, Hovawart and Rhodesian Ridgeback). Using an integrated GWA and meta-analysis strategy, we identified a novel hypothyroidism risk haplotype located on chromosome 12 being shared by the three breeds. The identified haplotype, harboring three genes previously not associated with hypothyroidism, is independent of the dog leukocyte antigen region and significantly enriched across the affected dogs. In Paper II we performed a GWA study in another high-risk breed (Giant Schnauzer) and detected an associated locus located on chromosome 11 and conferring protection to hypothyroidism. After whole genome resequencing of a subset of samples with key haplotypes, we fine mapped the region of association that was subsequently screened for the presence of structural variants. We detected a putative copy number variant overlapping with the upstream region of the IFNA7 gene, which is located in a region of high genomic complexity. Remarkably, perturbed activities of type I Interferons have been extensively associated with HT and general autoimmunity. In Paper III we performed the first large-scale genetic study of human AAD, a rare autoimmune disorder characterized by dysfunction and ultimately destruction of the adrenal cortex. We resequenced 1853 immune-related genes comprising of their coding sequences, untranslated regions, as well as conserved intronic and intergenic regions in extensively characterized AAD patients and control samples, all collected in Sweden. We identified BACH2 gene as a novel risk locus associated with AAD, and we showed its independent association with isolated AAD. In addition, we confirmed the previously established AAD association with the human leukocyte antigen complex. The results of these studies will hopefully help increasing the understanding of such diseases in dogs and humans, eventually promoting their well-being.

La sclérodermie systémique (ScS) est une maladie auto-immune orpheline. Elle est caractérisée par une atteinte microvasculaire et une fibrose touchant la peau et les organes internes. La ScS est une maladie sévère avec une surmortalité significative. Jusqu’à présent, aucun essai thérapeutique n’a permis de démontrer qu’un produit ait une action anti-fibrosante et améliore significativement le pronostic de cette maladie. La physiopathologie de la ScS fait intervenir une combinaison de facteurs environnementaux et de facteurs de susceptibilité génétique. Récemment TNFSF4 a été identifié comme facteur de susceptibilité génétique à la ScS. TNFSF4 code pour OX40 ligand (OX40 L). Le couple OX40-OX40L est impliqué dans la co-stimulation tardive des lymphocytes T, mais aussi dans la genèse et la réactivation de lymphocytes T mémoires et dans la prolifération et différenciation des lymphocytes B. Bloquer OX40L s’est avéré prometteur dans des modèles précliniques d’encéphalomyélite auto-immune, de polyarthrite rhumatoïde, de colite inflammatoire, de réaction du greffon contre l’hôte et d’asthme. Par ailleurs, ce blocage permettrait d’inhiber uniquement les lymphocytes T pathogènes récemment activés et d’éviter ainsi une immunosuppression globale, contrairement aux biothérapies actuellement disponibles en rhumatologie. L’observation d’une surexpression de la protéine OX40L dans le derme des patients ScS nous a incités à étudier le rôle d’OX40L dans la ScS. L’objectif de mon travail de thèse a été d’étudier l’efficacité d’une thérapie ciblée anti-OX40L dans la ScS, par l’utilisation de modèles murins complémentaires de la maladie. Nous avons tout d’abord cherché à optimiser le modèle de fibrose induite par la bléomycine, qui est un modèle bien validé, utilisé en général en première intention pour évaluer des anti-fibrosants potentiels, en particulier lorsqu’il s’agit de cibles inflammatoires. Nous avons également étudié si l’échographie à haute fréquence pouvait apporter une aide à l’évaluation cutanée chez ces animaux, mais nos résultats n’ont pas permis de démontrer une place spécifique à cet outil dans ce contexte. Les approches anti-OX40L ont débuté par l’utilisation de souris KO qui ont montré des résultats prometteurs dans le modèle induit par la bléomycine. Ensuite, des approches pharmacologiques ont été développées en utilisant un anticorps monoclonal neutralisant anti-OX40L dans le modèle de fibrose dermique induite par la bléomycine. L’intérêt du blocage d’OX40L a été conforté par la démonstration de propriétés non seulement de prévention mais aussi curatives contre la fibrose établie. L’étude des voies modulées par OX40L a mis en avant l’infiltrat inflammatoire et le relargage de cytokines pro-fibrotiques (IL-6 et TNF-α). De plus, le blocage d’OX40L semblait prévenir la fibrose dermique en inhibant l’activation des fibroblastes dépendant de la voie de signalisation AP-1. Le rôle d’OX40L dans la phase inflammatoire du remodelage matriciel a été abordé par l’utilisation du modèle de cicatrisation cutanée. En revanche, le blocage d’OX40L n’a pas eu d’effet dans le modèle de fibrose non-inflammatoire qui caractérise les souris Tsk-1. Etant donné le rôle clé en clinique de l’atteinte d’organe, notre approche a été enrichie par l’utilisation de souris transgéniques Fra2, qui sont un nouveau modèle de ScS caractérisé par une fibrose pulmonaire inflammatoire et une HTAP. L’effet de l’anticorps anti-OX40L a été remarquable dans ce contexte avec au scanner et à l’histologie une réduction significative de la fibrose pulmonaire, du remodelage vasculaire et des signes d’HTAP. Enfin, l’étude longitudinale des sérums collectés dans notre cohorte de patients a montré que la forme soluble d’OX40L pourrait être un potentiel biomarqueur dans la ScS pour identifier les patients à risque de progression sévère. (...) / Systemic sclerosis (SSc) is an autoimmune orphan disease which is characterized by alterations of the microvasculature and fibrosis affecting the skin and internal organs. SSc is the most severe connective tissue disease associated with a high risk of mortality. Until now, there is no effective treatment to counteract the fibrotic process and to improve the prognosis of this disease. SSc results from the combination of genetic and environmental factors. TNFSF4 was recently identified as a genetic risk factor for SSc. TNFSF4 encodes OX40L, which is involved in late T-cell co-stimulatory signals, but also in generation and reactivation of memory T cells and promotion of plasma cell phenotype. OX40L blockade was effective in reducing clinical symptoms in several animal models of autoimmune and inflammatory diseases, such as rheumatoid arthritis, colitis, asthma or graft-versus-host-disease. The anti-OX40L antibody presents the advantage of a targeted therapy against pathogenic recently activated T cells, which might not expose patients to increased risk of infections, unlike other conventional immunosuppressants. Following the observation of an increased expression of OX40L in fibrotic skin in SSc-patients, we aimed to investigate the contribution of OX40L in SSc and to assess the efficacy of a targeted therapy against OX40L in SSc, using complementary experimental mouse models. First, we characterized the optimum in vivo parameters required for the successful induction of dermal fibrosis in the widely used bleomycin-induced dermal fibrosis mouse model, which is usually the first step in most of pharmacological studies assessing anti-fibrotic therapies. We also aimed to determine whether ultrasonography could be used to assess skin fibrosis in this model, but our results showed that it was not efficient enough to assess dermal thickening in this model. Invalidation of OX40L prevented dermal fibrosis in the bleomycin mouse model. Then pharmacologic approaches, using a monoclonal anti-OX40L antibody, demonstrate that blockade of OX40L not only prevented dermal fibrosis, but also induced regression of established fibrosis in this model. We also showed that OX40L acts directly on both dermal fibroblasts and inflammatory cells and on cytokine release (IL-6, TNF-α), by regulating NF kappa B and AP 1 pathways. We observed that OX40L inhibition interfered with early inflammatory stages of matrix remodeling using the excisional wound healing mouse model. Conversely, blocking OX40L did not display antifibrotic properties in the non-inflammatory Tsk-1 mouse model. Given that interstitial lung involvement and pulmonary arterial hypertension (PAH) are key prognostic factors in SSc, we aimed to assess the effects of OX40L pharmacological inhibition in a new murine model: the fra-2 transgenic mice, which are characterized by both fibrosing alveolitis and PAH. In this model, using both CT-scan and histology, we demonstrated that mice treated by anti-OX40L antibody were markedly protected from fibrosing alveolitis and vessel remodeling leading to PAH. Furthermore, longitudinal analyses of our cohort of SSc-patients showed that soluble OX40L is a promising serum biomarker to predict the worsening of lung and skin fibrosis. Altogether, our results show that OX40L is as an attractive target in inflammation-driven fibrosis. This work also strengthens the relation between inflammation and fibrosis in SSc-pathogenesis. This work underlines advantages of combination of several animal models in translational approach to SSc.

La sclérodermie systémique (ScS) est une maladie auto-immune orpheline. Elle est caractérisée par une atteinte microvasculaire et une fibrose touchant la peau et les organes internes. La ScS est une maladie sévère avec une surmortalité significative. Jusqu’à présent, aucun essai thérapeutique n’a permis de démontrer qu’un produit ait une action anti-fibrosante et améliore significativement le pronostic de cette maladie. La physiopathologie de la ScS fait intervenir une combinaison de facteurs environnementaux et de facteurs de susceptibilité génétique. Récemment TNFSF4 a été identifié comme facteur de susceptibilité génétique à la ScS. TNFSF4 code pour OX40 ligand (OX40 L). Le couple OX40-OX40L est impliqué dans la co-stimulation tardive des lymphocytes T, mais aussi dans la genèse et la réactivation de lymphocytes T mémoires et dans la prolifération et différenciation des lymphocytes B. Bloquer OX40L s’est avéré prometteur dans des modèles précliniques d’encéphalomyélite auto-immune, de polyarthrite rhumatoïde, de colite inflammatoire, de réaction du greffon contre l’hôte et d’asthme. Par ailleurs, ce blocage permettrait d’inhiber uniquement les lymphocytes T pathogènes récemment activés et d’éviter ainsi une immunosuppression globale, contrairement aux biothérapies actuellement disponibles en rhumatologie. L’observation d’une surexpression de la protéine OX40L dans le derme des patients ScS nous a incités à étudier le rôle d’OX40L dans la ScS. L’objectif de mon travail de thèse a été d’étudier l’efficacité d’une thérapie ciblée anti-OX40L dans la ScS, par l’utilisation de modèles murins complémentaires de la maladie. Nous avons tout d’abord cherché à optimiser le modèle de fibrose induite par la bléomycine, qui est un modèle bien validé, utilisé en général en première intention pour évaluer des anti-fibrosants potentiels, en particulier lorsqu’il s’agit de cibles inflammatoires. Nous avons également étudié si l’échographie à haute fréquence pouvait apporter une aide à l’évaluation cutanée chez ces animaux, mais nos résultats n’ont pas permis de démontrer une place spécifique à cet outil dans ce contexte. Les approches anti-OX40L ont débuté par l’utilisation de souris KO qui ont montré des résultats prometteurs dans le modèle induit par la bléomycine. Ensuite, des approches pharmacologiques ont été développées en utilisant un anticorps monoclonal neutralisant anti-OX40L dans le modèle de fibrose dermique induite par la bléomycine. L’intérêt du blocage d’OX40L a été conforté par la démonstration de propriétés non seulement de prévention mais aussi curatives contre la fibrose établie. L’étude des voies modulées par OX40L a mis en avant l’infiltrat inflammatoire et le relargage de cytokines pro-fibrotiques (IL-6 et TNF-α). De plus, le blocage d’OX40L semblait prévenir la fibrose dermique en inhibant l’activation des fibroblastes dépendant de la voie de signalisation AP-1. Le rôle d’OX40L dans la phase inflammatoire du remodelage matriciel a été abordé par l’utilisation du modèle de cicatrisation cutanée. En revanche, le blocage d’OX40L n’a pas eu d’effet dans le modèle de fibrose non-inflammatoire qui caractérise les souris Tsk-1. Etant donné le rôle clé en clinique de l’atteinte d’organe, notre approche a été enrichie par l’utilisation de souris transgéniques Fra2, qui sont un nouveau modèle de ScS caractérisé par une fibrose pulmonaire inflammatoire et une HTAP. L’effet de l’anticorps anti-OX40L a été remarquable dans ce contexte avec au scanner et à l’histologie une réduction significative de la fibrose pulmonaire, du remodelage vasculaire et des signes d’HTAP. Enfin, l’étude longitudinale des sérums collectés dans notre cohorte de patients a montré que la forme soluble d’OX40L pourrait être un potentiel biomarqueur dans la ScS pour identifier les patients à risque de progression sévère. (...) / Systemic sclerosis (SSc) is an autoimmune orphan disease which is characterized by alterations of the microvasculature and fibrosis affecting the skin and internal organs. SSc is the most severe connective tissue disease associated with a high risk of mortality. Until now, there is no effective treatment to counteract the fibrotic process and to improve the prognosis of this disease. SSc results from the combination of genetic and environmental factors. TNFSF4 was recently identified as a genetic risk factor for SSc. TNFSF4 encodes OX40L, which is involved in late T-cell co-stimulatory signals, but also in generation and reactivation of memory T cells and promotion of plasma cell phenotype. OX40L blockade was effective in reducing clinical symptoms in several animal models of autoimmune and inflammatory diseases, such as rheumatoid arthritis, colitis, asthma or graft-versus-host-disease. The anti-OX40L antibody presents the advantage of a targeted therapy against pathogenic recently activated T cells, which might not expose patients to increased risk of infections, unlike other conventional immunosuppressants. Following the observation of an increased expression of OX40L in fibrotic skin in SSc-patients, we aimed to investigate the contribution of OX40L in SSc and to assess the efficacy of a targeted therapy against OX40L in SSc, using complementary experimental mouse models. First, we characterized the optimum in vivo parameters required for the successful induction of dermal fibrosis in the widely used bleomycin-induced dermal fibrosis mouse model, which is usually the first step in most of pharmacological studies assessing anti-fibrotic therapies. We also aimed to determine whether ultrasonography could be used to assess skin fibrosis in this model, but our results showed that it was not efficient enough to assess dermal thickening in this model. Invalidation of OX40L prevented dermal fibrosis in the bleomycin mouse model. Then pharmacologic approaches, using a monoclonal anti-OX40L antibody, demonstrate that blockade of OX40L not only prevented dermal fibrosis, but also induced regression of established fibrosis in this model. We also showed that OX40L acts directly on both dermal fibroblasts and inflammatory cells and on cytokine release (IL-6, TNF-α), by regulating NF kappa B and AP 1 pathways. We observed that OX40L inhibition interfered with early inflammatory stages of matrix remodeling using the excisional wound healing mouse model. Conversely, blocking OX40L did not display antifibrotic properties in the non-inflammatory Tsk-1 mouse model. Given that interstitial lung involvement and pulmonary arterial hypertension (PAH) are key prognostic factors in SSc, we aimed to assess the effects of OX40L pharmacological inhibition in a new murine model: the fra-2 transgenic mice, which are characterized by both fibrosing alveolitis and PAH. In this model, using both CT-scan and histology, we demonstrated that mice treated by anti-OX40L antibody were markedly protected from fibrosing alveolitis and vessel remodeling leading to PAH. Furthermore, longitudinal analyses of our cohort of SSc-patients showed that soluble OX40L is a promising serum biomarker to predict the worsening of lung and skin fibrosis. Altogether, our results show that OX40L is as an attractive target in inflammation-driven fibrosis. This work also strengthens the relation between inflammation and fibrosis in SSc-pathogenesis. This work underlines advantages of combination of several animal models in translational approach to SSc.