L’objectif de ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de l’étude de la réponse immune innée contre le virus influenza porcin (SIV) et de son contrôle dans l’espèce porcine par les protéines suppressors of cytokine signaling (SOCS) et la cytokine-inducible SH2 domain containing protein (CISH). L’analyse de l’expression des ARNm de SOCS à l’homéostasie a montré une expression significative dans le thymus suggérant un rôle dans la différenciation des cellules T. La réponse immune innée contre une souche de SIV de sous-type H3N2 a été analysée in vitro et ex vivo. L’expression de transcrits impliqués dans la réponse antivirale et de SOCS a été évaluée. Une surexpression des ARNm des gènes antiviraux et de SOCS1 a été observée notamment à 24h post-infection. L’infection expérimentale des cellules NPTr par le virus H3N2 induit une activation des voies de signalisation impliquant MAPK et JAK/STAT. L’utilisation d’inhibiteurs spécifiques de la voie JAK/STAT a conduit à une diminution de l’expression des transcrits antiviraux et ceux de SOCS1 ainsi que l’expression des interférons de type I et III. Afin de développer un outil alternatif in vitro d’étude de la réponse immune innée, la culture en interface air-liquide (ALI) des cellules NPTr a été réalisée. Des cellules à mucus, des jonctions serrées et une résistance transépithéliale élevée ont été observées. Cependant, ces cellules n’ont pas développé de cils. La culture des cellules NPTr dans des conditions ALI, a permis une représentation partielle de l’épithélium respiratoire porcin et constitue ainsi une alternative d’étude in vitro. / The aim of this work was to investigate the innate immune response to swine influenza virus (SIV) and its regulation in swine by the suppressors of cytokine signaling SOCS and the cytokine-inducible SH2 domain containing protein (CISH). The assessment of SOCS constitutive mRNA expression showed significant mRNA expression of SOCS1 in thymus suggesting a key role of this protein in T cell differentiation. The innate immune response against an SIV H3N2 subtype was then assessed in vitro and ex vivo by measuring antiviral and SOCS transcripts expression. The induction of several antiviral genes along with SOCS1 gene was observed. Experimental infection of NPTr cells with H3N2 virus induced MAPK and JAK/STAT signaling pathways activation. The inhibition of JAK/STAT pathway clearly reduced antiviral transcript expression, SOCS1 and both interferon types I and III mRNA expression as well. In order to develop an alternative in vitro tool to study the innate immune response, NPTr epithelial cell line were cultured at the air-liquid interface. This system promotes the differentiation of mucus producing cells, tight junctions development and enables high trans-epithelial electronic resistance values. Nonetheless, the NPTr cells do not develop cilia. The culture of NPTr cells in ALI conditions allows a partial in vitro representation to investigate some aspects of host/respiratory pathogen interaction in pigs.

Relative to traditional methods, air-liquid interface (ALI) exposures constitute a superior in vitro model for assessing the toxicological activity of complex aerosols. By removing the medium barrier, aerosols can be delivered to the cells at their apical surface. This project investigated the utility of the commercially available VITROCELL® exposure system for comparative toxicological assessment of complex aerosols (freshly-generated diluted diesel exhaust and simulated urban smog). The system setup was modified to improve control of aerosol properties (temperature and humidity) and cellular responses (dynamic range). Following optimization, cytotoxicity (WST-1 and LDH assays) and expression of selected genes involved in proinflammatory signalling and oxidative stress responses (via quantitative RT-PCR) were quantified following 1 hour aerosol exposures. The results showed only limited, variable responses following exposures to high concentrations of diesel exhaust. Lack of consistent and robust responses are likely due to poor deposition of particulate matter from the test aerosols.

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L’augmentation de la prévalence mondiale des pathologies respiratoires et allergiques depuis la seconde moitié du 20ème siècle ainsi que l’émergence de symptômes spécifiques liés à des environnements clos dans les années soixante-dix, ont contribué à incriminer l’exposition à la pollution de l’air intérieur, en particulier aux composés organiques volatils (COV), comme facteur de risque dans l’apparition de ces pathologies. Les différentes approches épidémiologiques et expérimentales existantes ont permis de renseigner la composition, les sources, les déterminants et les effets de cette pollution en particulier sur l’appareil respiratoire humain, première voie d’exposition. A l’heure actuelle, les politiques expérimentales visent à substituer les expérimentations animales par le développement de méthodes alternatives, dont les méthodes in vitro, pour des raisons économiques et éthiques. Cependant, les modèles in vitro permettant l’étude des polluants environnementaux sur les cellules de l’arbre respiratoire sont encore peu développés. L’objectif de cette thèse est donc de proposer une approche expérimentale in vitro adaptée à l’étude d’impact des expositions de cellules épithéliales nasales humaines à des polluants environnementaux, en particulier les COV. La force de ce travail est d’avoir mis en place des méthodologies approchant les conditions réelles d’exposition, et de les avoir appliquées à des atmosphères d’environnement intérieur. Au terme de ces travaux, les acquis méthodologiques ont porté sur le modèle de cellules épithéliales nasales évoluant de la culture primaire à l’épithélium reconstitué, constitué de plusieurs types cellulaires, proche de l’épithélium respiratoire humain ; la génération d’atmosphère chargée en mono (formaldéhyde) ou multi-polluants (COV issus de peinture du commerce), et surtout son contrôle analytique, étape essentielle pour valider notre démarche expérimentale ; l’exposition répétée (jusqu’à 3 par semaine, de durée allant jusqu’à 2 heures, sur une période totale d’au moins un mois) en interface air-liquide, sans perte d’intégrité cellulaire, dynamique (sous flux d’air) pour les polluants gazeux, ou statique (sans flux) pour dépôt des particules ; l’étude morphologique et histologique de l’épithélium, développée comme marqueur d’effet complétant l’approche biologique centrée sur la réponse inflammatoire. L’exposition au formaldéhyde gazeux à une concentration proche des niveaux environnementaux intérieur, n’a pas eu d’effet sur les marqueurs de l’inflammation. Lors de l’exposition de l’épithélium reconstitué choisi (MucilAirTM, Société Epithelix) aux COV, une inhibition de la production spécifique d’IL-8 dépendant de la dose et du nombre d’exposition est observée, alors que l’intégrité tissulaire de l’épithélium n’est pas altérée. Le mécanisme de cette inhibition demande à être exploré plus avant. Pour autant, la réactivité du modèle, en matière de réaction inflammatoire et de changement de structure de l’épithélium a été validée lors d’expositions à un mélange environnemental complexe (particules de fumée de tabac). Notre approche in vitro innovante peut être élargie à l’étude d’autres atmosphères multi-polluants (chimiques, physiques et biologiques) afin d’être au plus proche des conditions réelles d’expositions, mais aussi à d’autres organes cibles. / Increase of respiratory diseases since the second half of the 20th century and emergence of specific symptoms related to closed environments contributed to suspect indoor air pollution, in particular volatile organic compounds (VOC), as a risk factor in the onset of these diseases. Epidemiological and experimental approaches are useful to determine its sources, determinants and effects on the human respiratory tract. Current experimental policies favor replacing animal experiments by alternative methods like in vitro methodologies, for economic and ethical reasons. Until now, in vitro models have been poorly developed to study environmental pollutants on respiratory cells. The objective of our work was to propose an experimental approach adapted to the study of the impact of environmental pollutants, particularly VOC, on human nasal epithelial cells. The strength of this work is to set up a methodology close to actual conditions of exposure, and apply them to indoor environment atmospheres. The methodology developed aimed to study reconstituted epithelium coming from primary culture of nasal cells, composed of several cell types, close to human respiratory epithelium; generate atmosphere charged with mono (formaldehyde) or multi-pollutant (VOC paint), and especially its analytical control (an essential step to validate our experimental approach); and repeated exposure (3 per week, until to two hours, over a total period of one month) at air-liquid interface without loss of cellular integrity, in dynamic conditions (under airflow) for gaseous pollutants, or static (without airflow) for particles. The setup of a morphological and histological approach allowed to complete biological effect (inflammatory response). Gaseous formaldehyde exposure at low concentration had no effect on inflammatory markers. VOC exposures on selected reconstituted epithelium (MucilAirTM, Epithelix Company) showed a decreased release of IL-8 depending on the dose and the number of exposure, without tissue damage. The mechanism of this effect needs to be further investigated. Responsiveness of the model, in terms of inflammation and structural changes of the epithelium was validated by assessing complex environmental mixture (tobacco smoke particles). Our innovative in vitro approach can be extended to the study of other multi-pollutant atmospheres (chemical, physical and biological) in order to get close to the actual conditions of exposure, but also by using other target organs.