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Erkrankungen das allergischen Formenkreises (Asthma bronchiale, Atopische Dermatitis, Allergische Rhino-Konjunktivitis) sind in ständiger Zunahme begriffen. Für den in der Klinik tätigen Pädiater stellt das allergische Asthma bronchiale die wichtigste Erkrankung aus dieser Gruppe dar. Asthma ist die häufigste chronische Atemwegs-Erkrankung im Kindesalter und verursacht durch Medikation und Hospitalisation enorme volkswirtschaftliche Kosten. Kardinale Symptome von Asthma sind reversibler Bronchospasmus nach Exposition mit z.B. Allergenen (Atemwegs-Obstruktion), eine funktionell abnorme glatte Atemwegsmuskulatur, die durch eine verstärkte Kontraktilität nach unspezifischer Stimulation gekennzeichnet ist (Bronchiale Hyperreagibilität oder Atemwegs-Hyperreaktivität, AHR), und das Vorliegen einer chronischen Entzündung der kleinen und mittleren Atemwege (Atemwegs-Inflammation, AI). Derzeitig finden für die Behandlung von Asthma bronchiale lediglich die symptomatische Therapie der Obstruktion mit muskelrelaxierenden Medikamenten (Bedarfstherapie) und die unspezifische anti-entzündliche Therapie mit steroidalen Antiphlogistika (Dauertherapie) regelmäßige und breite Anwendung. Während die Mehrzahl der Patienten hiermit relativ beschwerdefrei eingestellt werden kann, gibt es aber auch Asthmatiker, die unter den Nebenwirkungen einer hochdosierten, systemischen Steroid-Dauertherapie leiden (steroid-pflichtiges Asthma), oder trotz der intensiven Anwendung von Kortikoiden nicht symptomfrei bleiben (steroid-resistentes Asthma). Für diese Patientengruppe fehlt bislang eine effektive, nebenwirkungsarme und spezifisch anti-asthmatische Therapie. Grundlage für die Etablierung innovativer Strategien für die Behandlung von Asthma kann jedoch nur die genaue Kenntnis der pathophysiologischen Mechanismen sein, die zur Ausbildung der klinischen Symptome führen. Allergischen Erkrankungen liegt eine fehlgeleitete Immunreaktion gegen Umweltstoffe, wie z.B. Tierhaarepithelien, Blütenpollen oder Lebensmittel zugrunde. Mittlerweile gilt als gesichert, dass ein Ungleichgewicht in der Antwort von T-Lymphozyten auf diese Antigene die wesentliche Grundlage für die Ausbildung des allergischen Phänotyps darstellt. Bei allergischen Patienten überwiegt die Produktion von sog. Th2-Zytokinen. Diese sind von T-Zellen produzierte Botenstoffe, die für die Induktion und Regulierung der wesentlichen pathognomonischen Mechanismen bei der allergischen Immunreaktion verantwortlich sind. Durch Interleukin (IL)-4 und IL-13 kommt es zur gesteigerten Produktion von allergen-spezifischen IgE-Antikörpern, die Grundlage für die Aktivierung von Mastzellen und die Entwicklung der allergischen Frühreaktion (early asthmatic reaction). Durch IL-5, IL-3 und GM-CSF werden eosinophile Zellen aktiviert und wandern in die Atemwege ein. Hier entwickelt sich das Bild einer chronischen Atemwegs-Entzündung, und die Folge ist die allergische Spätreaktion (late asthmatic reaction). Der genaue Mechanismus und die Interaktion von T-Zell-Zytokinen, IgE-Produktion und eosinophiler AI ist nicht völlig geklärt und Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Für die immunologischen Untersuchungen von AI und AHR wurde die Maus als Modell gewählt, die durch ihre gut definierte Immunologie und die Vielzahl von verfügbaren immunologischen "Werkzeugen" wie z.B. Antikörper und genetisch homogenen Stämmen entscheidende Vorteile bietet. Die in jüngerer Zeit entwickelten genetisch manipulierten Mausstämme ermöglichen darüber hinaus die genaue Analyse der Rolle einzelner Faktoren in der Pathogenese einer Erkrankung, da ihr vollständiges Fehlen (Defizienz) oder ihre Überexpression (Transgenität) direkte Rückschlüsse auf ihre Funktion erlauben. Zunächst wurden unterschiedliche Modelle der allergischen Sensibilisierung und Atemwegs-Provokation mit Allergen etabliert und miteinander verglichen. Das erste Modell, die Atemwegs-Sensibilisierung mit ausschließlicher Gabe von Allergen als Aerosol, imitiert den natürlichen Sensibilisierungsweg über die inhalative Route beim asthmatischen Patienten. Dieser Modus führt zu geringer allergen-spezifischer IgE-Produktion, einer marginalen inflammatorischen Reaktion in den Atemwegen und zu unspezifischer AHR, messbar in vitro durch elektrische Feldstimulation von trachealen Segmenten. Eine ausgeprägte inflammatorische Komponente oder die Ausbildung von in vivo AHR wie bei asthmatischen Patienten fehlen jedoch in diesem Modell. Als zweites wurde das Modell der passiven Sensibilisierung mit allergen-spezifischem IgE gefolgt von Allergen-Provokationen der Atemwege etabliert. Dieses Modell erlaubt im Gegensatz zum vorherigen die Unterscheidung des Einflusses von IgE und Allergen-Provokation der Atemwege. Auch hier entwickelt sich eine nur geringe, aber für die Ausbildung der AHR erforderliche eosinophile AI, die über die in vitro Bestimmung messbar ist. Als drittes Modell wurde die systemische Sensibilisierung mit Allergen gefolgt von Allergen-Provokationen der Atemwege etabliert. In diesem Modell kommt es zu hoher IgE-Produktion, und es herrscht eine ausgeprägte, eosinophile AI vor, die durch spezifische Immunohistochemie darstellbar und quantifizierbar ist. Für die Messung der AHR wurden zwei unterschiedliche in vivo Methoden entwickelt, die invasive Bestimmung des Atemwegswiderstandes und die Ganzkörper-Plethysmographie am nicht narkotisierten Tier. Durch den Einsatz von monoklonalen Antikörpern und genetisch alterierten Mausstämmen wurden in den drei unterschiedlichen Modellen der Einfluss und die Interaktion der wesentlichen Parameter der allergischen Immunreaktion für die Entwicklung von AI und AHR definiert. In den ersten beiden Modellen (Atemwegs- und passive Sensibilisierung) wurde anhand von T-Zell- und B-Zell-defizienten Mausstämmen und durch Einsatz von Antikörpern gegen T-Zellen oder Zytokine gezeigt, dass für die Entwicklung von eosinophiler AI die T-Zell-vermittelte Produktion von IL-5, für die Entwicklung von in vitro AHR das Zusammenspiel von allergen-spezifischer IgE-Produktion und eosinophiler AI notwendig ist. Im Modell der systemischen Sensibilisierung konnte in Mäusen, die genetisch defizient für B-Zellen oder Mastzellen oder mit anti-IgE Antikörpern behandelt waren, eine eosinophile AI und in vivo AHR wie bei normalen Tieren ausgelöst werden. Im Gegensatz hierzu kam es bei IL-4- oder IL-5-defizienten Mäusen oder nach Behandlung mit anti-IL-5 Antikörpern weder zu inflammatorischen Reaktionen noch zu funktionellen Veränderungen in den Atemwegen. Es kann hieraus gefolgert werden, dass bei allergen-induzierter AHR mit nur gering ausgeprägter AI ein gegen das erhöhte IgE gerichteter Ansatz (z.B. anti-IgE Antikörper) erfolgreich bei der Behandlung von Asthma sein kann. Bei Vorliegen von massiver AI scheint eine gegen die eosinophile Infiltration gerichtete Strategie (z.B. anti-IL-4/5 Antikörper) jedoch erfolgversprechender zu sein. / Allergic diseases such as bronchial asthma, atopic dermatitis and allergic rhino-conjunctivitis are steadily increasing. Asthma is the most common chronic airway disease in childhood, and leads to enormous socio-economic problems due to medication and hospitalisation. Cardinal symptoms of asthma are reversible bronchospasm after exposure with allergen (Airway Obstruction), a functional abnormality of the smooth muscles of the airways, that is characterized by increased contractility following unspecific stimulation (Bronchial Hyperreagibility or Airway Hyperreactivity, AHR), and the presence of a chronic inflammation in the small and middle-sized airways (Airway Inflammation, AI). Currently, treatment of asthma includes symptomatic therapy of airway obstruction with muscle relaxing medications (reliever) and unspecific anti-inflammatory therapy with cortico steroids (controller). Whereas the majority of patients lifes relatively safe and uncompromitted with this kind of treatment, a minority of asthmatic patients suffer either under the side-effects of continuous systemic high-dose steroids (steroid-dependent asthma), or stay symptomatic despite intensive treatment with steroids (steroid-resistent asthma). For this subgroup of patients, an efective, specific and safe mode of anti-asthmatic therapy is still missing. Imperative for the formulation of any innovative strategies for the treatment of asthma is the thorough knowledge of the pathophysiological mechanisms leading to the development of the disease. Allergic diseases are the consequence of aberrant immune reactions against common environmental antigens, such as pollen, food proteins or animal fur. It is commonly accepted by now that a dysregualtion of the T cell responses against these antigens are the main reason for the development of an allergic disease. In the case of allergic patients, production of so-called Th2-cytokines is increased, whereas Th1-cytokine production is relatively low. Production of the Th2-cytokines interleukin (IL)-4 and IL-13 induces increased production of allergen-specific IgE antibodies, resulting in immediate type of hypersensitivity reactions (early asthmatic reaction). Th2-cytokines IL-5, IL-3 and GM-CSF activate and recruit eosinophilic cells in the airways, leading to chronic eosinophilic airway inflammation and AHR (late asthmatic reaction). The exact mechanisms and the interaction of T cell cytokine production, IgE-production and eosinophilic AI is not fully understood and objective of the present presentation. For the immunological characterization of the basic mechanisms leading to the development of allergen-induced AI and AHR, the mouse was chosen as a model animal. Different modes of allergic sensitization and airway allergen challenge were established and compared to one another: sensitization with exclusive delivery of allergen via the airways, mimicking the natural way of sensitization and leading to moderate IgE-production, marginal AI and unspecifc AHR that is detectable in vitro by elektric field stimulation of tracheal segments; passive sensitization with allergen-specific IgE followed by allergen airway challenges, allowing the careful studies of IgE-dependent effects on AI and AHR; and systemic sensitization with allergen followed by repeated airway allergen challenges, leading to high IgE production and a profound eosinophilic AI. For detection of AHR following this mode of sensitization, two different in vivo methods were developed, invasive measurement of airway resistance and whole-body plethysmography of non-anesthesized animals. In the first two protocols (airway and passive sensitization), it was shown utilizing T-cell- and B-cell-deficient mouse strains and monoclonal antibodies against T cells or T cell cytokines, that for the development of AI and AHR the combined interaction of T-cell-mediated production of IL-5 and allergen-specific IgE-production was required. In contrast, in the mode of systemic sensitization, development of eosinophilic AI and in vivo AHR was independent of any Ig production or the presence of B cells, whereas IL-4- or IL-5-deficient mice or mice treated with anti-IL-5 antibodies prior to airway challenges did not develop any functional or structural abnormalities of the airways. In conclusion, these data show that treatment strategies aiming against increased IgE production (anti-IgE antibodies) may be effective in clinical situations with only limited airway inflammatory responses. In contrast, in patients with massive and predominant eosinophilic AI, approaches against the inflammatory component of the disease (anti-IL-4, anti-IL-5 antibodies) may be more promising for more specific treatment of bronchial asthma.

Helminthen besitzen effektive Strategien um das Immunsytem ihrer Wirte zu modulieren. Sie sekretieren Moleküle mit deren Hilfe Immunzellen unterdrückt werden und verhindern dadurch Immunantworten, die ihnen schaden. AvCystatin ist ein Cystein-Protease-Inhibitor der Filarie Acanthocheilonema viteae. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass dieses Molekül in Makrophagen MAPK (p38, ERK) sowie Transkriptionsfaktoren (CREB, STAT3) anspricht und zur Expression von spezifischen Markergenen führt, die eine M2a/M2b Makrophagen-Aktivierung repräsentieren. Ein intravenöser Transfer solcher Zellen 18-20 Stunden nach Stimulation mit AvCystatin führte in Mäusen zu einer signifikanten Reduktion von wichtigen Merkmalen der Ovalbumin-induzierten Atemwegshyperreaktivität wie Schleimproduktion, Th2 Zytokinen, IgE und Eosinophilen. Die Linderung von Krankheitsparametern war mit einem lokalen und systemischen Anstieg von IL-10 assoziiert. Unter Verwendung eines in vitro Systems zeigte sich, dass AvCystatin induzierte Makrophagen einen löslichen Faktor sekretieren, der eine IL-10-Produktion durch CD4+ T-Zellen induziert und parallel die Produktion von IL-13, IL-2 und IFN-gamma unterdrückt. Um zu untersuchen, ob die suppressive Aktivität der AvCystatin-Makrophagen auf Entzündungsprozesse der Atemwege beschränkt ist, wurde ein Makrophagen-Transfer in Tiere durchgeführt, die unter DSS-induzierter Kolitis litten. Eine einmalige Gabe von Zellen verhinderte den Verlust von Körpergewicht, eine Verkürzung des Kolons und verminderte die Migration entzündungsvermittelnder Zellen in die Lamina Propria. Im Gegensatz zum Krankheitsmodell der Ovalbumin-induzierten Atemwegshyperaktivität korrelierten die Effekte nicht mit erhöhten Mengen an IL-10. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass AvCystatin Makrophagen adressiert und eine immunsuppressive Population generiert, welche Mäuse im Kontext von Atemwegsentzündung und Kolitis gegen überschießende Immunantworten schützen kann. / Helminth parasites possess effective strategies to modulate the immune system of their hosts. They release molecules which target immune cells and prevent reactions directed against them. AvCystatin is a cysteine protease inhibitor secreted by the nematode Acanthocheilonema viteae. The present thesis shows that this molecule modulates signaling pathways in murine macrophages through activation of MAPK (p38, ERK) and transcription factors (CREB, STAT3). Such macrophages express specific marker genes reflecting M2a/M2b activation. A single intravenious transfer of macrophages 18-20 hours after treatment with AvCystatin significantly reduced major parameters of ovalbumin-induced airway hyperreactivity in mice such as mucus production, Th2 cytokines, IgE and recruitment of eosinophils to the airways. The amelioration of inflammation was associated with significantly increased levels of local and systemic IL-10. By using an in vitro co-culture assay AvCystatin-induced macrophages were shown to secrete a soluble factor which induces IL-10 in CD4+ T cells and in parallel to suppress production of IL-13, IL-2 and IFN-gamma. To evaluate whether the suppressive potential of AvCystatin-macrophages is restricted to airway inflammation, macrophages were administered to animals suffering from DSS-induced colitis. A single application of cells into the tail vein sufficiently prevented body weight loss, colon shortening and suppressed the influx of inflammatory cells to the lamina propria. In contrast to the model of ovalbumin-induced airway inflammation the effects were not associated with increased levels of IL-10. On the whole these findings show that the helminth immunomodulator AvCystatin targets macrophages thereby inducing a distinct immunosuppressive population which protects mice against overshooting immune responses in disease models for airway and intestinal inflammation.

Allergic asthma is an inflammatory disease of the airways and is characterized by eosinophilic inflammation and increased airway reactivity. In the studies presented in this thesis, lung mechanics and measurements of airway reactivity were assessed in anaesthetized tracheostomized mice by using an animal ventilator (flexiVent®). A forced oscillation technique makes it possible to measure of both airway and tissue mechanics with a potential to distinguish between central and peripheral airways. The results of the experiments on lung mechanics imply that it is important to understand how altered lung mechanics can affect the airway physiology in order to assess the relevance of different animal models of asthma. We have investigated the effects of changing different components of the lung mechanical measurements, such as administering bronchoconstrictive agents via inhalation or intravenously and implementing deep inhalation in animals with airway inflammation. We have also investigated the relation between airway inflammation and oxidative stress. We found that the formation and time-course of F2-isoprostanes, a marker of oxidative stress, and tissue damage were associated with the degree of inflammation and with the degree of heterogeneous airway airflow. Finally we wished to investigate the hypothesis that nitric oxide (NO) may interact with glucocorticoid (GC) treatment because we see a potential for finding new strategies to increase the therapeutic effect in poor responders or patients resistant to GC treatment. NO plays a central role in physiological regulation of the airway function, and is involved in asthma. We found that the concomitant administration of NO and GC attenuated the airway reactivity more than either treatment alone. In conclusion, with the information presented in this thesis, we hope to contribute to the development of better experimental tools and to improved understanding of murine models of asthma for investigating and understanding the underlying pathophysiology of asthma.

L’asthme est une maladie multifactorielle hétérogène qui engendre une inflammation pulmonaire associée à une variété de manifestations cliniques, dont des difficultés respiratoires graves. Globalement, l’asthme touche environ une personne sur 6 et présente actuellement un sérieux problème de santé publique. Bien que de nombreux traitements soient disponibles pour soulager les symptômes de la maladie, aucun traitement curatif n’est actuellement disponible. La compréhension des mécanismes qui régissent l’état inflammatoire au cours de la maladie est primordiale à la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques efficaces. Les cellules dendritiques captent les allergènes dans les poumons et migrent vers les ganglions drainants pour les présenter aux cellules T et engendrer la réponse inflammatoire pathogénique chez les asthmatiques. Nous avons contribué à l’avancement des connaissances mécanistiques de l’asthme en identifiant chez la souris la sous-population de cellules dendritiques responsable de l’initiation et du maintien de la réponse inflammatoire locale et systémique associée à l’asthme. En effet, nous avons démontré que le SIRPα, récepteur extracellulaire impliqué dans la régulation de la réponse immune, est sélectivement exprimé à la surface des cellules dendritiques immunogéniques. L’interruption de la liaison entre le SIRPα et son ligand, le CD47, interfère avec la migration des cellules dendritiques SIRPα+ et renverse la réponse inflammatoire allergique. Ce mécanisme constitue une avenue thérapeutique prometteuse. D’ailleurs, les molécules de fusion CD47-Fc et SIRPα-Fc se sont avérées efficaces pour inhiber l’asthme allergique dans le modèle murin. Nous avons également démontré l’implication des cellules dendritiques SIRPα dans un modèle d’inflammation pulmonaire sévère. L’administration répétée de ces cellules, localement par la voie intra-trachéale et systémiquement par la voie intra-veineuse, mène au développement d’une réponse inflammatoire mixte, de type Th2-Th17, similaire à celle observée chez les patients atteints d’asthme sévère. La présence de cellules T exprimant à la fois l’IL-17, l’IL-4, l’IL-13 et le GATA3 a été mise en évidence pour la première fois in vitro et in vivo dans les poumons et les ganglions médiastinaux grâce à ce modèle. Nos expériences suggèrent que ces cellules Th2-Th17 exploitent la plasticité des cellules T et sont générées à partir de la conversion de cellules Th17 qui acquièrent un phénotype Th2, et non l’inverse. Ces résultats approfondissent la compréhension des mécanismes impliqués dans l’initiation et le maintien de l’asthme allergique et non allergique, en plus d’ouvrir la voie à l’élaboration d’un traitement spécifique pour les patients asthmatiques, particulièrement ceux pour qui aucun traitement efficace n’est actuellement disponible. / Asthma is a heterogeneous multifactorial disease resulting in airway inflammation associated with a variety of clinical manifestations, which include severe breathing difficulties. Asthma affects approximately one out of six people and is currently a serious public health problem. As of now, many treatments are available to relieve the symptoms of the disease, but no definitive cure is available. Understanding the mechanisms that regulate the inflammatory condition during the disease is essential to the discovery of effective new therapeutic targets. Dendritic cells capture allergens in the lungs, migrate to the draining lymph nodes where they activate cognate T cells, which cause the pathogenic inflammatory response. My work help defined and deepened the mechanistic understanding of asthma by identifying the subpopulation of dendritic cells responsible for the initiation and maintenance of local and systemic inflammatory response. We demonstrated that SIRPα is selectively expressed on the surface of immunogenic dendritic cells. Indeed, the interruption of the ligation between SIRPα and its ligand, CD47, interferes with the migration of SIRPα+ dendritic cells and reverses the allergic inflammatory response. This mechanism is a promising new therapeutic avenue. Moreover, we showed that the soluble fusion molecules CD47-Fc and SIRPα-Fc are potent inhibitors of the allergic asthma in a mouse model. In addition, we demonstrated the involvement of SIRPα+ dendritic cells in a model of severe airway inflammation induced upon local and systemic repeated administration of those cells. Either treatment led to the development of a mixed Th2-Th17 inflammation, a phenotype recently described in patients with severe asthma. This model allowed us to show the presence of T cells expressing at once IL-17, IL-4, IL-13 and GATA3 in vitro and in vivo in the lungs and in the mediastinal lymph nodes. Our results suggest that these Th2-Th17 cells are generated from the conversion of Th17 cells acquiring a Th2 phenotype, and not the other way around, a hallmark of Th17 cells plasticity. These results deepen the understanding of the mechanisms involved in the initiation and maintenance of allergic and non-allergic asthma. Besides, we open a way to the development of a specific treatment for asthmatic patients, particularly those for whom no effective treatment is currently available.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-05-05T17:26:06Z No. of bitstreams: 1 akinoricardozonagato.pdf: 3623412 bytes, checksum: 052499ef93e153d7b083782377a73cd1 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-06-07T15:40:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 akinoricardozonagato.pdf: 3623412 bytes, checksum: 052499ef93e153d7b083782377a73cd1 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-07T15:40:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 akinoricardozonagato.pdf: 3623412 bytes, checksum: 052499ef93e153d7b083782377a73cd1 (MD5) Previous issue date: 2016-03-23 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Estudos prévios têm demonstrado que o dano e estresse oxidativo induzido pela hiperóxia levam ao aumento de interleucina-6 (IL6), fator de necrose tumoral-alfa (TNFα) e fator de crescimento transformador beta (TGFβ) em pulmões de camundongos. Juntos, a IL6 e TGFβ têm sido conhecidos por direcionar a diferenciação do fenótipo para as células T-helper 17 (Th17). No estudo corrente nós testamos a hipótese que a hiperóxia promove a polarização de células T para o fenótipo Th17 na resposta inflamatória aguda das vias aéreas induzida por ovalbumina (OVA). A inflamação das vias aéreas foi induzida em camundongos BALB/c, fêmeas, através da sensibilização intraperitonial e instilação intranasal de OVA, acompanhado de metacolina (MetCo). Depois do ataque com MetCo, os animais foram expostos a condições de hiperóxia em uma câmara de inalação durante 24h. Os animais do grupo controle permaneceram em normóxia ou receberam hidróxido de alumínio em salina tamponada. Depois de 24h de hiperóxia, o número de macrófagos (Mᶲ) e linfócitos diminuiu nos animais com inflamação induzida por OVA, enquanto o número de neutrófilos (PMN) aumentou. Os resultados mostraram que a expressão de Fator de transcrição nuclear derivado de eritróide 2 (Nrf2), óxido nítrico sintase induzida (iNOS), Fator de transcrição Tbet (Tbet) e interleucina-17 (IL17) aumentou depois de 24h de hiperóxia tanto em Mᶲ alveolares quanto em células epiteliais pulmonares, comparados com os animais que permaneceram em ar ambiente e com inflamação induzido por OVA. A hiperóxia, isoladamente, levou ao aumento dos níveis de Fator de necrose tumoral (TNFα) e Quimiocina ligante CC5 (CCL5), enquanto a hiperóxia depois da inflamação por OVA levou a diminuição dos níveis de CCL2. O extravasamento de células inflamatórias peribronquiolar e perivascular foi observado após a inflamação pulmonar e hiperóxia. A hiperóxia promoveu a polarização da resposta imune em direção ao fenótipo Th17, resultando em estresse oxidativo e dano tecidual, e migração de PMN e Mᶲ para os pulmões e vias aéreas. Esses achados sugerem que controlar o estresse oxidativo induzido pela hiperóxia pode contribuir importantemente no controle da inflamação aguda das vias aéreas induzida por OVA. / Previous studies have demonstrated that hyperoxia-induced stress and oxidative damage to the lungs of mice lead to an increase in IL6, TNFα and TGFβ expression. Together, IL6 and TGFβ have been known to direct T cell differentiation towards the TH17 phenotype.In the current study, we tested the hypothesis that hyperoxia promotes the polarization of T cells to the TH17 cell phenotype in response to ovalbumin-induced acute airway inflammation. Airway inflammation was induced in female BALB/c mice by intraperitoneal sensitization and intranasal introduction of ovalbumin, followed by challenge methacholine. After the methacholine challenge, animals were exposed to hyperoxic conditions in an inhalation chamber for 24 h. The controls were subjected to normoxia or aluminum hydroxide dissolved in phosphate buffered saline. After 24 h of hyperoxia, the number of macrophages and lymphocytes decreased in animals with ovalbumin-induced airway inflammation, whereas the number of neutrophils increased after ovalbumin-induced airway inflammation. The results showed that expression of Nrf2, iNOS, Tbet and IL17 increased after 24 of hyperoxia in both alveolar macrophages and in lung epithelial cells, compared with both animals that remained in room air, and animals with ovalbumin-induced airway inflammation. Hyperoxia alone without the induction of airway inflammation lead to increased levels of TNFα and CCL5, whereas hyperoxia after inflammation lead to decreased CCL2 levels. Histological evidence of extravasation of inflammatory cells into the perivascular and peribronchial regions of the lungs was observed after pulmonary inflammation and hyperoxia. Hyperoxia promotes polarization of the immune response towards the TH17 phenotype, resulting in tissue damage associated with oxidative stress, and the migration of neutrophils to the lung and airways. Elucidating the effect of hyperoxia-induced oxidative stress is relevant to preventing or treating ovalbumin-induced acute airway inflammation.

L’asthme est une maladie multifactorielle hétérogène qui engendre une inflammation pulmonaire associée à une variété de manifestations cliniques, dont des difficultés respiratoires graves. Globalement, l’asthme touche environ une personne sur 6 et présente actuellement un sérieux problème de santé publique. Bien que de nombreux traitements soient disponibles pour soulager les symptômes de la maladie, aucun traitement curatif n’est actuellement disponible. La compréhension des mécanismes qui régissent l’état inflammatoire au cours de la maladie est primordiale à la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques efficaces. Les cellules dendritiques captent les allergènes dans les poumons et migrent vers les ganglions drainants pour les présenter aux cellules T et engendrer la réponse inflammatoire pathogénique chez les asthmatiques. Nous avons contribué à l’avancement des connaissances mécanistiques de l’asthme en identifiant chez la souris la sous-population de cellules dendritiques responsable de l’initiation et du maintien de la réponse inflammatoire locale et systémique associée à l’asthme. En effet, nous avons démontré que le SIRPα, récepteur extracellulaire impliqué dans la régulation de la réponse immune, est sélectivement exprimé à la surface des cellules dendritiques immunogéniques. L’interruption de la liaison entre le SIRPα et son ligand, le CD47, interfère avec la migration des cellules dendritiques SIRPα+ et renverse la réponse inflammatoire allergique. Ce mécanisme constitue une avenue thérapeutique prometteuse. D’ailleurs, les molécules de fusion CD47-Fc et SIRPα-Fc se sont avérées efficaces pour inhiber l’asthme allergique dans le modèle murin. Nous avons également démontré l’implication des cellules dendritiques SIRPα dans un modèle d’inflammation pulmonaire sévère. L’administration répétée de ces cellules, localement par la voie intra-trachéale et systémiquement par la voie intra-veineuse, mène au développement d’une réponse inflammatoire mixte, de type Th2-Th17, similaire à celle observée chez les patients atteints d’asthme sévère. La présence de cellules T exprimant à la fois l’IL-17, l’IL-4, l’IL-13 et le GATA3 a été mise en évidence pour la première fois in vitro et in vivo dans les poumons et les ganglions médiastinaux grâce à ce modèle. Nos expériences suggèrent que ces cellules Th2-Th17 exploitent la plasticité des cellules T et sont générées à partir de la conversion de cellules Th17 qui acquièrent un phénotype Th2, et non l’inverse. Ces résultats approfondissent la compréhension des mécanismes impliqués dans l’initiation et le maintien de l’asthme allergique et non allergique, en plus d’ouvrir la voie à l’élaboration d’un traitement spécifique pour les patients asthmatiques, particulièrement ceux pour qui aucun traitement efficace n’est actuellement disponible. / Asthma is a heterogeneous multifactorial disease resulting in airway inflammation associated with a variety of clinical manifestations, which include severe breathing difficulties. Asthma affects approximately one out of six people and is currently a serious public health problem. As of now, many treatments are available to relieve the symptoms of the disease, but no definitive cure is available. Understanding the mechanisms that regulate the inflammatory condition during the disease is essential to the discovery of effective new therapeutic targets. Dendritic cells capture allergens in the lungs, migrate to the draining lymph nodes where they activate cognate T cells, which cause the pathogenic inflammatory response. My work help defined and deepened the mechanistic understanding of asthma by identifying the subpopulation of dendritic cells responsible for the initiation and maintenance of local and systemic inflammatory response. We demonstrated that SIRPα is selectively expressed on the surface of immunogenic dendritic cells. Indeed, the interruption of the ligation between SIRPα and its ligand, CD47, interferes with the migration of SIRPα+ dendritic cells and reverses the allergic inflammatory response. This mechanism is a promising new therapeutic avenue. Moreover, we showed that the soluble fusion molecules CD47-Fc and SIRPα-Fc are potent inhibitors of the allergic asthma in a mouse model. In addition, we demonstrated the involvement of SIRPα+ dendritic cells in a model of severe airway inflammation induced upon local and systemic repeated administration of those cells. Either treatment led to the development of a mixed Th2-Th17 inflammation, a phenotype recently described in patients with severe asthma. This model allowed us to show the presence of T cells expressing at once IL-17, IL-4, IL-13 and GATA3 in vitro and in vivo in the lungs and in the mediastinal lymph nodes. Our results suggest that these Th2-Th17 cells are generated from the conversion of Th17 cells acquiring a Th2 phenotype, and not the other way around, a hallmark of Th17 cells plasticity. These results deepen the understanding of the mechanisms involved in the initiation and maintenance of allergic and non-allergic asthma. Besides, we open a way to the development of a specific treatment for asthmatic patients, particularly those for whom no effective treatment is currently available.

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<p>Allergic asthma is a chronic and complex disease of the airways characterized by dysregulated immune-inflammatory responses to aeroallergens and reversible airflow obstruction. The prevalence and economic burden of allergic asthma have increased substantially over the last five decades. Despite remarkable progress in our understanding of the immunobiology and pathophysiology of asthma, the ontogeny of the disease remains elusive. As a result, there is a lack of effective preventative strategies. Here, we used a murine model of allergic asthma to house dust mite (HDM), the most pervasive indoor aeroallergen worldwide to address issues pertaining to the development of allergic asthma. First, we provided a comprehensive computational view of the impact of dose and length of HDM exposure on both local and systemic allergic outcomes (Chapter 2). Parameters, such as thresholds of responsiveness, and non-linear relationships between allergen exposure, allergic sensitization and airway inflammation were identified. We, then, investigated molecular signatures implicated in the onset of allergic responses (Chapter 3). HDM exposure was associated with production of the epithelial-associated cytokines TSLP, IL-25 and IL-33. However, only IL-33 signaling was necessary for intact Th2 immunity to HDM, likely because of its superior ability to induce the critical co-stimulatory molecule OX40L on dendritic cells and expand innate lymphoid cells. Lastly, as individuals are most likely exposed to allergens concomitantly to other environmental immunogenic agents, we studied the impact of an initial immune perturbation on allergic responses to sub-threshold amounts of HDM (Chapter 4). We showed that transient expression of GM-CSF in the airway substantially lowers the threshold of allergen required to generate robust, HDM-specific Th2 immunity, likely through increasing IL-33 production from alveolar type II cells. These studies favor a paradigm whereby distinct molecular pathways can elicit type 2 immunity, intimating the need to classify asthma into distinct clinical subsets.</p> / Doctor of Philosophy (PhD)