The major allergen Der p 1 of the house dust mite Dermatophagoides pteronyssinus is a papain-like cysteine protease (CA1) associated to the development of allergic diseases such as asthma, rhinitis or atopic dermatitis. This allergen is expressed as an inactive precursor, called proDer p 1, formed by a 25 kDa catalytic domain downstream to an 10 kDa N-terminal propeptide, which blocks the active site cleft. The propeptide of Der p 1 exhibits a specific fold, which makes it unique in the CA1 propeptide family as it is characterised by the presence of four alpha helices and the absence of ERFNIN motif. In this study, we investigated the activation steps involved in the maturation of recombinant proDer p 1 expressed in Pichia pastoris under acidic conditions and we studied the influence of acidic pH on the structure of both propeptide and catalytic domain. Therefore, we characterized the interaction between the propeptide and mature Der p 1 at different pH values in terms of activity inhibition, structural stability and proteolytic susceptibility. According to our results, the auto-activation of proDer p 1 is a multistep mechanism, characterized by at least two intermediates (ATFE- and SNGG-) corresponding to the loss of the first and second propeptide alpha helices, respectively. The propeptide strongly inhibits unglycosylated and glycosylated recombinant Der p 1 (KD= 7 nM) at neutral pH. This inhibition is pH dependent, decreasing from pH 7 to pH 4 and can be related to structural changes of the propeptide initiated by the protonation of the aspartate residue of Lys17-Asp51-Tyr19 structural triad presents within the propeptide N-terminal domain. This protonation triggers conformational changes of the first propeptide alpha helix leading to an increase of the propeptide flexibility, an increase of its proteolytic sensitivity and the formation of a molten globule state. In addition, we compare mature protease, zymogen and propeptide pH unfolding and stability and highlights that the presence of the propeptide does not influence the catalytic domain pH unfolding and stability as the propeptide displays a weaker pH stability than the protease domain. These results confirmed that the propeptide unfolding is the key event of the activation process. Finally, we unravel the intermolecular contribution of mature Der p 1 in the activation process and highlights that activation of the precursor can be achieved, under acidic conditions, by intermolecular process but initial auto-activation most probably occurs through an intramolecular process or by the proteolysis by the catalytic domain of another zymogen in which the propeptide is unfolded. According to our results, we proposed that activation of the zymogen at pH 4 reflects a compromise between activity preservation and propeptide unfolding and that the location of the activation sites on the propeptide structure is a compromise between sequence recognition specificity and proteolytic susceptibility of the corresponding area.

Regulatorische T-Zellen (Tregs) spielen eine entscheidende Rolle bei der Regulation atopischer Erkrankungen. Die Voraussetzungen für eine allergische Reaktionslage werden schon während der intrauterinen Entwicklung geschaffen. Über den Einfluss der intrauterinen Umgebung auf die Tregs zur Geburt ist bisher wenig bekannt. In der vorliegenden Arbeit sollte in der prospektiven Geburtskohorten-Studie LINA (Einfluss von Lebensstil und Umweltfaktoren auf das Allergierisiko Neugeborener) geklärt werden, inwiefern der Immunstatus der werdenden Mutter, eine atopische Familienanamnese sowie Umweltexpositionen während der Schwangerschaft den Immunstatus der Neugeborenen beeinflussen. Ein besonderer Schwerpunkt wurde dabei auf Tregs gelegt. Weiterhin sollte die Relevanz der Tregs zur Geburt für das Allergierisiko im ersten Lebensjahr des Kindes analysiert werden. Die Messung der Anzahl und Funktionalität der Tregs im Blut der werdenden Mutter in der 34. Schwangerschaftswoche und im Nabelschnurblut erfolgte sowohl durchflusszytometrisch in einer Subkohorte (n=24 Mutter-Kind Paare), als auch durch eine methylspezifische qPCR in der gesamten Kohorte der LINA-Studie (n=346 Mutter-Kind Paare). Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten erstmals darauf hin, dass mütterliche Tregs möglicherweise einen regulatorischen Einfluss hinsichtlich der Programmierung des fötalen Immunsystems haben (Hinz et al., Clin Exp Allergy 2010). Die durchflusszytometrische Charakterisierung der Tregs der Mutter-Kind Paare zeigte beim Vergleich der Expression von CD4, CD25, CD127 und FOXP3, dass der Anteil der CD4+CD25high Tregs im Nabelschnurblut deutlich höher war, der Anteil FOXP3 positiver Zellen innerhalb der CD4+CD25high Tregs Population war zur Geburt jedoch signifikant geringer, verglichen mit den werdenden Müttern. Weiterhin war eine geringe Anzahl mütterlicher Tregs während der Schwangerschaft und eine erhöhte Produktion der TH2-Zytokine IL-4, IL-5 und IL-13 mit erhöhten Gesamt-IgE-Spiegeln im Nabelschnurblut verbunden (Hinz et al., 2010). Durch die Quantifizierung der Tregs auf Basis des TSDR-Methylierungsstatus` im FOXP3 Gen, einer spezifischen und zuverlässigen Methode zum Nachweis stabiler Tregs, konnte der Zusammenhang zwischen einer Vielzahl pränataler Faktoren, Tregs zur Geburt und dem Allergierisiko in der gesamten Geburtskohorte geklärt werden (Hinz et al., Allergy 2011). Das männliche Geschlecht des Kindes, die Atopie der Eltern, Rauchen und Desinfektionsmittel-Exposition während der Schwangerschaft sowie eine erhöhte mütterliche Produktion von IFN-γ, IL-13 und IL-17E war mit einer geringeren Treg-Anzahl im Nabelschnurblut assoziiert. Für Kinder mit einer geringeren Treg-Anzahl im Nabelschnurblut war das Risiko für eine atopische Dermatitis und einer Sensibilisierung gegen Nahrungsmittelallergene im ersten Lebensjahr signifikant höher (Hinz et al., 2011).

Le développement de l'allergie peut être influencé par le microbiote intestinal qui est impliqué dans la maturation du système immunitaire de l'hôte lors de la colonisation du tractus digestif dès la naissance. L'objectif de mon travail a été d'étudier l'impact du microbiote intestinal sur le développement d'une sensibilisation allergique à des protéines de lait de vache à l'aide d'un modèle de souris BALB/c gnotoxéniques. Dans une première étude, nous avons montré que les souris axéniques (Ax, sans germe) sont plus réactives que les souris conventionnelles (CV) au potentiel immunogénique et allergénique de la β-lactoglobuline (BLG) et de la caséine (CAS), lorsque ces deux protéines sont injectées intrapéritonéalement sans adjuvant. A l'aide d'un autre modèle de sensibilisation par voie orale au lait, nous avons confirmé que les souris Ax développent des réponses IgE contre la BLG plus fortes que celles des souris CV. Les mécanismes de sensibilisation contre la BLG et la CAS sont alors différemment affectés par la présence ou non d'un microbiote intestinal. Par ailleurs, une colonisation tardive du tractus digestif de souris Ax à l'âge de 6 semaines par le microbiote de souris CV induit chez les souris conventionnalisées (CVd) le développement, après sensibilisation, de réponses humorales toujours plus fortes que celles observées chez les souris CV. A l'inverse, une conventionnalisation des souris Ax au moment du sevrage à l'âge de 3 semaines, induit un niveau de sensibilisation plus faible que celui des souris CV. Dans ce cas, des différences de composition du microbiote intestinal entre souris CV et CVd pourraient jouer un rôle dans le faible niveau de sensibilisation des souris CVd. Nous avons enfin évalué l'impact de l'implantation dès la naissance d'une souche de Lactobacillus casei en monoxénie (souris Mx). La réponse humorale contre la CAS, mais pas contre la BLG, est alors significativement plus élevée chez les souris Mx que chez les souris Ax. Ces différentes études suggèrent que l'influence du microbiote sur le développement d'une sensibilisation aux protéines du lait de vache diffère selon les allergènes et selon le mode d'exposition aux allergènes. Ces résultats soulignent également qu'un retard de colonisation du tractus digestif peut perturber durablement la réactivité du système immunitaire à une sensibilisation contre des antigènes alimentaires.

Les sensibilisants de contact sont des molécules réactives électrophiles qui ont la capacité de modifier des protéines de la peau pour former un antigène. Au delà de ce mécanisme d'hapténisation, le signal de danger induit par les sensibilisants conduisant à l'activation des cellules dendritiques (DC) est un élément déterminant dans l'induction de cellules T spécifiques de l'haptène. Dans le contexte du 7ième amendement à la directive cosmétique européenne, la mise en place d'une batterie de tests in vitro permettant de prédire le potentiel sensibilisant de molécules est indispensable pour l'industrie cosmétique. Tandis que la plupart des études in vitro étudient les signaux de danger induits par les sensibilisants dans des modèles homéostasiques, nous nous sommes intéressés à l'effet des sensibilisants sur la mise en place d'une réponse inflammatoire. Lorsque la lignée U937 est différenciée avec du PMA et stimulée avec du LPS, les facteurs de transcription NF-κB et Nrf2 sont activés et l'acide arachidonique (AA) est métabolisé au travers de la cascade cPLA2 / COX-2. L'ensemble de ces voies activées conduit à la production par les U937 d'un grand nombre de médiateurs inflammatoires (IL-1β, TNF-α, IL-6, IL-10, IL-8, PGE2, PGD2, TxB2). Dans ce modèle, nous avons analysé l'effet de 6 sensibilisants de potentiels variés (DNCB, PPD, HQ, PG, CIN, EUG) et montré que de façon inattendue, tous les sensibilisants étudiés diminuent significativement et de façon spécifique la production de tous les prostanoïdes et en particulier de PGE2 induite par PMA/LPS. Nous avons de plus démontré que selon les sensibilisants, les cibles de cette inhibition au sein de la cascade métabolique de l'AA diffèrent, même si elles se focalisent la plupart du temps (sauf pour le DNCB) sur l'enzyme COX-2 (inhibition de son expression et/ou de son activité). Pour le DNCB, le mécanisme d'inhibition semble plutôt impliquer sa capacité à réagir fortement avec les groupements résidus thiols, ce qui se traduit en particulier par la déplétion du GSH intracellulaire et engendrerait l'inhibition des synthases dépendantes du GSH pour leurs activités. En parallèle de cette étude mécanistique, nous avons appréhendé la problématique du point de vue statistique et vérifié sur un set plus important et diversifié de molécules (160 molécules) que le paramètre " inhibition de PGE2 " pouvait être un bon test de prédiction de l'HSRC. L'étude statistique a permis de déterminer le modèle prédictif du test PGE2 et de mettre en évidence de bonnes performances (78%) par rapport aux prédictions du LLNA. Au-delà, une certaine complémentarité du test PGE2 avec d'autres tests in vitro (MUSST, Nrf2-HTS) a pu être mise en évidence. En conclusion, au travers de cette étude, nous avons pu mettre en évidence de nouvelles propriétés biochimiques des sensibilisants. Même si la signification biologique de la diminution de PGE2 par les sensibilisants de contact demeure complexe d'interprétation, ce paramètre a permis le développement d'un test qui prédit avec de bonnes performances le caractère sensibilisant de molécules et dont la position au sein d'une batterie prédictive d'évaluation de l'allergie de contact reste à être précisée.

L'allergie de contact est une pathologie très répandue. Il n'existe cependant aucun traitement permettant de la soigner. L'éviction de l'allergène reste à ce jour reste le seul moyen de la prévenir. De nombreux tests visant à déterminer le pouvoir allergisant des molécules ont été développés. L'un de ces tests est le Direct Peptide Reactivity Assay (DPRA), une méthode chimique visant à mimer une étape clé du mécanisme immunitaire menant à l'allergie de contact : la formation d'un complexe antigénique par réaction entre l'allergène et une protéine cutanée. Dans le cadre de la législation actuelle sur les cosmétiques, il pourrait être intéressant d'adapter ce test aux mélanges complexes. Le but de ce travail de thèse a été d'étudier la réactivité de différents mélanges d'allergènes connus vis-à-vis des trois peptides utilisés dans le DPRA et de la comparer à celle de chaque composant seul.Trois types de mélanges ont étés étudiés. Un mélange d'isothiazolinones utilisées comme conservateurs, trois mélanges binaires de trois aldéhydes utilisés comme parfums et enfin un mélange des deux responsables majeurs de l'allergie à l'absolu de mousse de chêne, un extrait utilisé en parfumerie.

Les travaux présentés dans cette thèse s'intéressent à l'immobilisation de biomolécules pour le développement d'outils d'analyse multiparamétrique pour la caractérisation d'échantillons biologiques et le diagnostic, sur un support de type biopuce couplé à une détection colorimétrique.Un premier axe de recherche concerne le développement de tests d'hybridation d'acides nucléiques et d'immunotests à haut-débit automatisés sur plaque de filtration. Cette méthode a permis la mise au point d'un test de génotypage automatisé pour le dépistage transfusionnel haut-débit (génotypage érythrocytaire étendu) en collaboration avec l'Établissement Français du Sang Rhône-Alpes (EFS-RA). Il permet d'analyser 96 échantillons en quatre heures, et de caractériser six génotypes par échantillon. Cet outil a fait l'objet d'une validation sur un panel de 293 donneurs.La seconde partie des travaux présentés s'intéresse au développement d'un procédé d'immobilisation d'oligonucléotides sur un polymère particulier (PolyshrinkTM) pour l'élaboration d'un système d'analyse miniaturisé. Plusieurs stratégies d'activation ont été envisagées et ont abouti à la mise au point d'une technique d'immobilisation d'oligonucleotides in situ dans des plots d'hydrogel. La méthode de fabrication permet d'obtenir une matrice de plots d'hydrogel de 60 µm de diamètre et d'une hauteur de 6 µm en moyenne. En outre, il a été démontré que les oligonucléotides immobilisés dans les plots pouvaient détecter de façon quantitative et sélective les cibles complémentaires présentes dans l'échantillon analysé en utilisant une détection par colorimétrie ou par chimiluminescence.

Allergic manifestations are increasingly common in infants and children. Accumulating evidence suggests that the ‘epidemic’ increase of childhood allergy may be associated with environmental factors such as stress. Although the impact of stress on the manifestation and exacerbation of allergy has been demonstrated, the underlying mechanisms of stress-induced exacerbation are still obscure. A growing number of studies have suggested an altered hypothalamus-pituitary-adrenal (HPA) axis function to stress in allergic children. It is speculated that a dysfunctional HPA axis in response to stress may facilitate and/or consolidate immunological aberrations and thus, may increase the risk for allergic sensitization and exacerbation especially under stressful conditions. In the present review the potential impact of a hyporesponsive as well as a hyperresponsive HPA axis on the onset and chronification of childhood allergy is summarized. Moreover, potential factors that may contribute to the development of an aberrant HPA axis responsiveness in allergy are discussed. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Skin sensitization resulting for allergic contact dermatitis (ACD) is an occupational and environmental health issue. The allergic hazard for workers and consumers is a serious problem for individuals, employers and marketing certain products. Consequently, it is necessary to accurately identify chemicals skin sensitization potential. According to the new EU chemical regulation REACH (Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals), information of skin sensitization of chemicals manufactured or imported at or above 1 ton/year should be available. Currently, valid approaches assessing skin sensitization rely on animal testing, such as local lymph node assay (LLNA). However, it now ultimately eliminates using animals for this purpose. Based on the fact that a key step in the skin sensitization process is formatting a covalent adduct between allergic sensitizers and proteins and/or peptides in skin, a lot of additional approaches are proposed and developed for replacing or reducing animal used. In this research, three bioassays, 24 h growth inhibition toward Tetrahymena pyriformis, long term (24 h) and short term (30 min) bacterial toxicity (to Vibrio fischeri), and a kinetic glutathione chemoassay are applied for predicting the organic chemicals’ skin sensitization potential. The major results and conclusions obtained are listed as follows: 1. Toxicity enhancement (Te) of 55 chemicals comprising different sensitization potencies were determined and compared with their narcotic toxicity to predict their skin sensitization. Three linear regressions yielded for all allergic sensitizer without nonsensitizers for each bioassay. The linear regressions are improved after classifying sensitizers into five different reaction mechanistic domains. Correspondingly, five different slopes from various reaction mechanisms indicate a decreased sensitivity of toxicity enhancement to skin sensitization potential with order SNAr > SN2 > acylation ≈ Schiff base > aromatic Michael addition. Based on the fact that a key step in the skin sensitization process is forming a covalent adduct between allergic sensitizers and proteins and/or peptides, Te > 10 as a threshold is applied to discriminate these allergic sensitizers, with 100% accuracy for strong (with extreme) and weaker sensitizers, up to 72% accuracy for moderate sensitizers and less than 69% accuracy for nonsensitizers. Compared with these bioassays, a decreasing order of sensitivities is 24 h growth inhibition (Tetrahymena pyriformis) > 24 h growth inhibition (Vibrio fischeri) > 30 min bioluminescence inhibition (Vibrio fischeri). These three bioassays are useful tools for screening sensitization potency of allergic chemicals, and the toxicity enhancement (Te) can be used to discriminate sensitizers from weak or nonsensitizers. However, in this context we should separate aromatic from aliphatic Mas (Michael acceptors). Moreover, metabolic biotransformation should be considered during predicting nonsensitizers’ skin sensitization. 2. Chemical reactivity of selected 55 compounds measuring through kinetic glutathione chemoassay applies to predict their skin sensitization. This chemoassay confirms the fact that the key step of sensitizers eliciting skin sensitization is formatting a covalent adduct between sensitizers and skin proteins or peptides. The chemical reactivity of tested sensitizers strongly relates with their sensitization potential, with strong (extreme) sensitizers presenting the highest reactivity as followed with moderate sensitizers, weak sensitizers as well as nonsensitizers. Moreover, an integrated platform of this chemoassay data and three bioassays data is performed, and this performance shows good sensitivity for monitoring skin sensitization potency, with more rational accuracy for each sensitizing classifications. 3. Thiol reactivity (kGSH) as well as toxicity enhancement (Te) of additional 21 aliphatic α,β-unsaturated compounds are determined for predicting their skin sensitization potential. The linear regressions of skin sensitization versus thiol reactivity and skin sensitization versus toxicity enhancement are significantly improved after classifying these 21 compounds to four chemical subgroups (acrylates, other esters, ketones and aldehydes). Thiol reactivity of these subgroups presented different sensitivity to skin sensitization, with a decreasing order as acrylates (－2.05) > other esters (－1.26) > ketones (－0.43) > aldehydes (－0.21). Moreover, thiol reactivity is confirmed to be a more sensitive tool for predicting skin sensitization, compared with toxicity enhancement. Although the datasets are probably too small to give a definite decision, hydrophobicity reveals contribution to skin sensitization for aliphatic MAs, which is different with literature report. This study suggests that aliphatic MAs should be treated separately into different chemical subgroups for analysis, and their skin sensitization potency can be predicted using kinetic glutathione chemoassay as well as toxicity enhancement bioassay.

L’allergie de contact est une pathologie touchant de 15 à 20 % de la population occidentale. A l’heure actuelle il n’existe aucun traitement, la seule façon efficace de prévention étant l’éviction totale des allergènes. Les tests de sensibilisation de nouvelles molécules avant leur mise sur le marché ont été réalisés sur l’animal jusqu’à l’interdiction dans le 7ème amendement à la directive Européenne concernant l’industrie cosmétique. Dans ce contexte il est primordial de développer des méthodes alternatives. Ce travail de thèse propose d’analyser la problématique de l’allergie de contact en allant de la molécule au tissu pour les allergènes réagissant par voie radicalaire :In chemico : étude de la réactivité des hydroperoxydes allyliques vis-à-vis des acides aminés par la RMNIn situ : études de radicaux issus de ces composés sur des épidermes humains reconstitués par RPEIn cellulo : étude du stress oxydant sur les cellules dendritiques et la voie de signalisation Keap1/Nrf2/ARE. / Allergic contact dermatitis is a pathology affecting 15 to 20% of the Western population. Until now no treatment exists, the prevention is the eviction of allergens. In the past, tests concerning new molecules for the market were tested on animals until the prohibition in the 7th amendment of the European directive concerning the cosmetics industry. In this context it is essential to develop alternative methods to assess the allergenic potential of chemicals.This manuscript proposes to analyze the problem of the allergic contact dermatitis from the molecule to the tissue for allergens reacting through radical mechanisms:In chemico: study of the reactivity profile of allylic hydroperoxides toward amino acids by NMRIn situ: radical intermediates formation on reconstructed human epidermis from allylic hydroperoxides by EPR In cellulo: study of the oxidative stress from allylic hydroperoxides on dendritic cells trough the Keap1/Nrf2/ARE sensor pathway.

Les hypersensibilités retardées (HSR) cutanées sont hétérogènes, à la fois par la nature des mécanismes impliqués (allergiques versus non allergiques) mais aussi par les différents degrés de sévérité rencontrés. Seules les HSR allergiques sont dues à la présence de lymphocytes T (LT), mal caractérisés chez l'homme. Le but de ce travail est d'étudier la contribution des LT CD8 cytotoxiques dans le développement et la sévérité des HSR cutanées chez l'homme, à partir de deux pathologies fréquentes : les toxidermies aux béta lactamines et l'eczéma allergique de contact à la para-phénylènediamine (PPD). Tout d'abord, la présence de LT spécifiques de médicament au sein des toxidermies aux béta lactamines a été recherchée in vivo et in vitro. Nous avons montré que les HSR sévères étaient plus souvent d'origine allergique que les HSR bénignes. Nous avons ensuite caractérisé le rôle des LT CD8 dans les HSR allergiques. Dans les toxidermies bénignes à l'amoxicilline, l'étude de la cinétique de recrutement des LT au niveau cutané ainsi que l'analyse des LT spécifiques du sang circulant ont permis de mettre en évidence le rôle essentiel des LT CD8 cytotoxiques dans l'initiation de ces réactions. Ensuite, dans l'eczéma allergique de contact à la PPD, un recrutement épidermique précoce des LT CD8 associés à des marqueurs de cytotoxicité, a été retrouvé, corrélé avec la sévérité des lésions. Ces résultats ont été confortés par ceux obtenus dans un modèle pré-clinique d'HSR allergique à la PPD chez la souris. En conclusion, ce travail montre que les LT CD8 cytotoxiques pourraient être les principales cellules effectrices des HSR cutanées allergiques chez l'homme / Skin delayed hypersensitivity (DHS) are heterogeneous, by the nature of the mechanisms involved (allergic versus non allergic) and also by their different degrees of severity. Only allergic DHS is due to T cells, poorly characterized in humans. The aim of this work is to study the contribution of cytotoxic CD8 T cells in the development and severity of skin DHS in humans, induced by two common diseases: cutaneous adverse drug reactions to beta lactam antibiotics and allergic contact dermatitis to para-phenylenediamine (PPD). First, the presence of drug specific T cells in cutaneous adverse drug reactions to beta lactams was investigated in vivo and in vitro. We showed that severe DHS were more often allergic than benign DHS. Then, we characterized the role of CD8 T cells in allergic DHS. In benign cutaneous adverse drug reactions to amoxicillin, the study of the kinetics of skin T cell recruitment as well as the analysis of circulating specific T cells highlight the essential role of cytotoxic CD8 T cells in the initiation phase of these reactions. In allergic contact dermatitis to PPD, early recruitment of epidermal CD8 T cells associated with cytotoxic markers was found, correlated with the severity of lesions. These results were supported by those obtained in a mouse model of allergic contact dermatitis to PPD. In conclusion, this work showed that cytotoxic CD8 T cells could be the main effector cells of allergic skin DHS in humans