L’asthme chez l’homme et le souffle chez le cheval sont des maladies inflammatoires chroniques des voies respiratoires partageant plusieurs caractéristiques physiopathologiques dont la bronchoconstriction réversible, l’inflammation des voies respiratoires inférieures, l’hyperréactivité bronchique et le remodelage tissulaire. Les phénotypes cliniques d’asthme se caractérisent en partie selon le type d’inflammation affectant les voies respiratoires et la présence ou non d’allergie. Le souffle chez le cheval s’avère être un modèle adapté pour l’étude des mécanismes impliqués dans l’asthme neutrophilique, lesquels demeurent particulièrement mal compris, en contraste avec ceux associés avec l’asthme éosinophilique. La réponse immunologique sous-jacente au souffle implique entre autres l’expression de cytokines de type Th2, suggestives d’une réponse allergique (immunité acquise). La poussière environnementale qui provoque les symptômes du souffle contient également des agents non-spécifiques dérivés de bactéries, champignons et moisissures, susceptibles d’activer des mécanismes immunitaires innés chez les chevaux atteints du souffle. Nous avons étudié le rôle des neutrophiles dans l’inflammation associée à la réponse innée et acquise chez le cheval atteint du souffle. Dans un premier temps, l’effet de produits dérivés de bactéries sur l’activation des neutrophiles sanguins provenant de chevaux normaux et atteints de souffle a été étudié dans le but d’évaluer la contribution de la réponse innée dans la physiopathologie du souffle. Nous avons évalué l’effet de l’IL-4, une cytokine de type Th2, sur les neutrophiles des deux groupes de chevaux afin d’évaluer de quelle manière le neutrophile peut participer à la réponse acquise associée à la réponse allergique. Finalement, nous avons étudié l’expression des isoformes de l'arginase par les neutrophiles équins car cette enzyme métabolise la L-arginine et est potentiellement impliquée dans le bronchospasme et le remodelage tissulaire associés à l’asthme. Nos résultats suggèrent que les neutrophiles et les mononucléaires sanguins isolés des chevaux atteints du souffle possèdent une réponse inflammatoire exagérée en réponse aux lipopolyssacharides et peptides formylés et surexpriment les cytokines pro-inflammatoires IL-1β, TNF et IL-8. Cette réponse innée aberrante est associée à une inflammation systémique caractérisée par des concentrations sériques élevées de TNF chez les chevaux atteints du souffle en période de rémission clinique. De plus, nos résultats montrent que l’IL-4 active le neutrophile équin et favorise son chimiotactisme de manière autocrine. L’IL-4 induit un phénotype d’activation typique dans le neutrophile équin, caractérisé par l’expression accrue des cytokines pro-inflammatoires (IL-8 et TNF) ainsi que de récepteurs potentiellement impliqués dans la réponse allergique (IL-4Rα et CD23). Enfin, nous montrons que que l’arginase 1 n’est pas un marqueur de l’activation des neutrophiles équins par l’IL-4, mais que ces cellules expriment constitutivement l’isoforme 2 fonctionnelle de l’arginase. La surrégulation des deux isoformes au niveau des poumons périphériques semble être associée à la pathologie du souffle, ce qui est en accord avec les modèles d’asthme chez la souris, le rat et le cobaye. L'ensemble de ces travaux suggère que les neutrophiles sont des cellules effectrices importantes de la réponse innée et acquise dans la pathophysiologie du souffle, un modèle naturel d’asthme neutrophilique. / Human asthma and equine heaves are chronic pulmonary diseases sharing several pathophysiological properties including lower airway inflammation, reversible bronchoconstriction, bronchial hyperresponsiveness, and tissue remodeling. Clinical phenotypes of asthma are characterized in part by the inflammatory cell populations infiltrating the airways, and the presence or absence of allergy. Heaves is a suitable animal model for the study of the poorly defined pathophysiological processes leading to airway neutrophilia. The immune response in heaves involves Th2 cytokine expression, which is, among other features, associated to allergic inflammation (acquired immunity). Environmental dust exposure leading to clinical exacerbation of heaves contains non-specific agents derived from bacteria, molds or fungi which could also activate innate immune responses in heaves affected horses. We studied the role of neutrophils in innate and acquired immune responses in heaves affected-horse. First, innate immune responses of neutrophils isolated from normal and heaves-affected horses to bacterial-derived products were studied. We also assessed the effect of IL-4, a Th2 cytokine, on equine neutrophils isolated from both groups of horses. Finally, we evaluated the arginase isoforms expressed by equine neutrophils as this enzyme that takes part to the L-arginine metabolism and is thought to contribute to bronchospasm and tissue remodeling associated with asthma. Our results suggest that both neutrophils and mononuclear cells from heaves-affected horses, when compared to healthy horses, have an excessive inflammatory response to lipopolyssacharides and formylated peptides characterized by increased IL-1β, IL-8 and TNF expression. This altered innate response was associated with systemic inflammation in asymptomatic susceptible horses as high serum TNF concentrations were detected. Furthermore, we found that equine neutrophils are activated by IL-4 and release neutrophil chemotactic factors in response to this cytokine. IL-4 also induces a distinctive activation phenotype in neutrophils that is characterized by increased expression of the pro-inflammatory cytokines (IL-8 and TNF) and receptors (IL-4Rα and CD23) potentially involved in the allergic response. Finally, we showed that arginase 1 is not a marker of IL-4-activated equine neutrophils although they constitutively express a functionally active isoform 2 of the enzyme. The up-regulation of arginase isoforms in the peripheral lungs of horses with heaves suggests a role for arginase in this model, as it is described in the mouse, rat and guinea pig models. Taken together, this work suggest that neutrophils could play an important role in both innate and acquired immune responses associated with heaves pathophysiology, a natural model of neutrophilic asthma. / Réalisé en cotutelle avec le Dr James G Martin de l'Université McGill (Meakins-Christie laboratories)

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Le facteur le plus important de pronostic de l'asthme professionnel (AP) est la durée des symptômes avant le retrait de lʼexposition à lʼagent causant lʼAP. La qualité de vie réduite, la détresse psychologique et les maladies psychiatriques sont des conditions souvent associées à l'AP. Notre objectif était d'identifier les facteurs, incluant le statut socioéconomique, qui ont une influence sur lʼintervalle de temps nécessaire pour présenter une requête à une agence médicolégale à la suite de lʼapparition de symptômes dʼasthme et de confirmer qu'un tel délai est associé à un moins bon pronostic respiratoire et à des coûts directs plus élevés. En outre, nous avons examiné la relation entre les variables cliniques et socio-économiques dʼune part et leur influence sur les facteurs psychologiques et économiques dʼautre part chez des travailleurs atteints d'AP. Ensuite, nous avons voulu évaluer si les individus souffrant de détresse psychologique (DP) et de morbidité psychiatrique pourraient être identifiés en utilisant un instrument mesurant la qualité de vie (QV). Lʼétude a été effectuée auprès dʼindividus ayant déposé des demandes d'indemnisation pourʼAP auprès du Commission de la sécurité et de la santé du travail du Québec (CSST). Les données ont été recueillies au moment de la réévaluation, soit environ deux ans et demi après le diagnostic. Outre la collecte des marqueurs cliniques de l'asthme, les individus ont été soumis à une évaluation générale de leur histoire sociodémographique et médicale, à une brève entrevue psychiatrique (évaluation des soins primaires des troubles mentaux, PRIME-MD) et à un ensemble de questionnaires, incluant le Questionnaire sur la qualité de vie - AQLQ(S), le Questionnaire respiratoire de St. George (SGRQ) et le Psychiatric Symptom Index (PSI).Soixante personnes ont été incluses dans l'étude. Etre plus âgé, avoir un revenu supérieur à 30 000$ CA etêtre atteint dʼAP dû à un allergène de haut poids moléculaire ont une association positive avec le nombre dʼannées dʼexposition avec symptômes avant le retrait. Au cours de la période de suivi, le nombre dʼannées dʼexposition avec symptômes était plus grand chez les individus ayant une hyperréactivité bronchique persistante. Par ailleurs, la présence de symptômes au poste de travail pendant moins d'un an est associée à une réduction des coûts directs. Les paramètres de QV et de DP avaient des corrélations modérées avec les marqueurs cliniques de lʼAP. Les plus fortes associations avec ces variables ont pu être observées dans les cas de la sévérité de l'asthme, des statuts dʼemploi et matrimonial, du revenu et de la durée de la période de travail avec l'employeur. Un seuil de 5,1 au niveau de la sous-échelle de la fonction émotionnelle de lʼAQLQ(S) sʼest avéré avoir la meilleure valeur discriminante pour distinguer les individus avec ou sans détresse psychiatrique cliniquement significative selon le PSI. Nous avons été en mesure d'identifier les variables socio-économiques associées à un intervalle plus long dʼexposition professionnelle en présence de symptômes dʼasthme. De même, une plus longue période d'exposition a été associée à un moins bon pronostic de la maladie et à des coûts de compensation plus élevés. Ces résultats s'avèrent utiles pour la surveillance de lʼAP qui pourrait cibler ces sous-groupes d'individus. La QV et la PS sont fréquemment réduites chez les individus atteints d'AP qui perçoivent une compensation. Elles sont associées à des marqueurs cliniques de lʼasthme et à des facteurs socio-économiques. En outre, nos résultats suggèrent que le questionnaire de lʼAQLQ(S) peut être utilisé pour identifier les individus avec un niveau de détresse psychologique potentiellement significatif. / The most important factor in the prognosis of occupational asthma (OA) is the length of exposure with symptoms prior to removal from exposure. Impaired quality of life, psychological distress and psychiatric disease are conditions frequently associated with OA. Our goal was to identify factors, including socio-economic status, that can influence the delay in submitting a claim to a medicolegal agency after the onset of asthmatic symptoms, and to confirm that such a delay is associated with a worse respiratory prognosis and higher direct costs. Further, we examined the association between clinical and socio-economic variables and their influence on psychological and cost outcomes in individuals with OA. Next, we wanted to evaluate whether individuals with clinically significant psychological distress (PD) and psychiatric morbidity could be identified by using a quality of life (QOL) measurement instrument. This is a study of individuals who filed claims for compensation for occupational asthma from the Workersʼ Compensation Board of Quebec (the CSST). Data were collected at re-evaluation, approximately two and a half years after diagnosis. Besides collecting clinical markers of asthma, individuals underwent a general socio-demographic and medical history evaluation, a brief psychiatric interview (Primary Care Evaluation of Mental Disorders, PRIME-MD) and completed a battery of questionnaires, including the Asthma Quality of Life Questionnaire - AQLQ(S), the St. Georgeʼs Respiratory Questionnaire (SGRQ), and the Psychiatric Symptoms Index (PSI). Sixty individuals were included in the study. Being older, having a revenue of >$30,000 Can. (CAD$) and having OA due to high- molecular- weight agents were all positively associated with the number of years of exposure with symptoms before removal from exposure. Individuals with persistent airway hyperresponsiveness at follow-up had a higher number of years with symptoms. Experiencing symptoms in the workplace for less than one year generated lower direct costs. QOL and PD parameters had moderate correlations with clinical markers of OA. Asthma severity, employment and marital status, income and length of employment with the employer showed the strongest associations with QOL and PD. More impaired QOL was associated with higher direct costs for compensation. A cut-off of 5.1 on the AQLQ(S) emotional function subscale had the best discriminative value to distinguish individuals with or without clinically significant psychological distress according to the PSI. We were able to identify socio-economic variables that were associated with a longer interval during which individuals remained symptomatic in the workplace before being removed from exposure. This longer exposure time was associated with worse disease outcomes and higher compensation costs. These findings could prove to be useful in surveillance programs that could be preferentially targeted for these subgroups of individuals. Impaired QOL and PD are frequent among individuals with OA receiving compensation and are associated with clinical markers of OA and socio-economic factors. Further, our findings suggest that the AQLQ(S) questionnaire could be used to identify individuals with potentially clinically significant levels of psychological distress.

Les immunoglobulines intraveineuses (IVIg) constituent une préparation polyclonale d’IgG isolée et regroupée à partir du plasma sanguin de multiples donneurs. Initialement utilisé comme traitement de remplacement chez les patients souffrant d’immunodéficience primaire ou secondaire, les IVIg sont maintenant largement utilisées dans le traitement de plusieurs conditions auto-immunes, allergiques ou inflammatoires à une dose élevée, dite immunomodulatrice. Différents mécanismes d’action ont été postulés au fil des années pour expliquer l’effet thérapeutique des IVIg dans les maladies auto-immunes et inflammatoires. Entre autre, un nombre grandissant de données issues de modèles expérimentaux chez l’animal et l’humain suggère que les IVIg induisent l’expansion et augmentent l’action suppressive des cellules T régulatrices (Tregs), par un mécanisme qui demeure encore inconnu. Également, les patients atteints de maladies auto-immunes ou inflammatoires présentent souvent un nombre abaissé de Tregs par rapport aux individus sains. Ainsi, une meilleure compréhension des mécanismes par lesquels les IVIg modulent les cellules T régulatrices est requise afin de permettre un usage plus rationnel de ce produit sanguin en tant qu’alternative thérapeutique dans le traitement des maladies auto-immunes et inflammatoires. Par le biais d’un modèle expérimental d’allergie respiratoire induite par un allergène, nous avons démontré que les IVIg diminuaient significativement l’inflammation au niveau des voies aériennes ce, en association avec une différenciation des Tregs à partir des cellules T non régulatrices du tissu pulmonaire. Nous avons également démontré qu’au sein de notre modèle expérimental, l’effet anti-inflammatoire des IVIg était dépendant des cellules dendritiques CD11c+ (CDs) pulmonaires, puisque cet effet pouvait être complètement reproduit par le transfert adoptif de CDs provenant de souris préalablement traitées par les IVIg. À cet effet, il est déjà établi que les IVIg peuvent moduler l’activation et les propriétés des CDs pour favoriser la tolérance immunitaire et que ces cellules seraient cruciales pour l’induction périphérique des Tregs. C’est pourquoi, nous avons cherché à mieux comprendre comment les IVIg exercent leur effet sur ces cellules. Pour la première fois, nous avons démontré que la fraction d’IgG riche en acide sialique (SA-IVIg) (constituant 2-5% de l’ensemble des IgG des donneurs) interagit avec un récepteur dendritique inhibiteur de type lectine C (DCIR) et active une cascade de signalement intracellulaire initiée par la phosphorylation du motif ITIM qui est responsable des changements observés en faveur de la tolérance immunitaire auprès des cellules dendritiques et des Tregs. L’activité anti-inflammatoire de la composante SA-IVIg a déjà été décrite dans des études antérieures, mais encore une fois le mécanisme par lequel ce traitement modifie la fonction des CDs n’a pas été établi. Nous avons finalement démontré que le récepteur DCIR facilite l’internalisation des molécules d’IgG liées au récepteur et que cette étape est cruciale pour permettre l’induction périphérique des Tregs. En tant que produit sanguin, les IVIg constitue un traitement précieux qui existe en quantité limitée. La caractérisation des mécanismes d’action des IVIg permettra une meilleure utilisation de ce traitement dans un vaste éventail de pathologies auto-immunes et inflammatoires. / Intravenous immunoglobulin (IVIg) is a therapeutic preparation of normal human polyclonal IgG derived from pooled plasma from a large number of healthy donors. Initially used as replacement therapy for patients with primary and secondary immune deficiencies, IVIg is now also widely used for the treatment of a variety of autoimmune, allergic and systemic inflammatory disorders, at high immunomodulatory doses. The beneficial effect of IVIg in autoimmune and inflammatory diseases has been attributed to different mechanisms. Increasing evidence shows that IVIg induces expansion and enhances the suppressive function of regulatory T cells (Tregs) in different experimental animal models and human subjects, through an unknown mechanism. Human inflammatory and autoimmune diseases are known to be associated with Treg deficiency. Therefore, a more precise understanding of the mechanisms by which IVIg modulate Treg populations seems to be needed for more rational use of this compound as an alternative therapy in context of various inflammatory and autoimmune disorders. Using a robust antigen-driven model of allergic airway disease, we have demonstrated that IVIg markedly attenuates airway inflammation and this effect is associated with the induction of Tregs from non-regulatory T cells in pulmonary tissues. We have also demonstrated that the antiinflammatory actions of IVIg, in our model are dependent on a population of pulmonary CD11c+ dendritic cells (DCs), as the action of IVIg could be completely replicated by adoptive transfer of CD11c+ DCs from IVIg-treated mice. we have shown that tolerogenic DCs involve in the peripheral induction of Tregs. Given the requirement of DCs in the induction of Tregs, we explored the mechanism by which IVIg interacts and modulate these cells and for the first time demonstrated that the purified sialylated fraction of human IgG (SA-IVIg) (that consists 2-5% of whole IgG) interacts with an inhibitory C-type lectin receptor on dendritic (DCIR) and this interaction triggers an ITIM intracellular signaling cascade. This subsequently results in rendering tolerogenic activities to DCs and peripheral induction of Tregs. The anti-inflammatory activity of SA-IVIg has been shown in previous studies, but the mechanism by which it modulates DCs functions is not well understood. We also demonstrated that DCIR facilitates the internalization of IgG molecules into DC and this internalization appears to be a crucial step for induction of Tregs. IVIg is a costly therapeutic compound. Characterization of the mechanism of action of IVIg can lead to a better application of this plasma based therapy in a wide range of autoimmune and inflammatory diseases.

Dans ce travail, les s´séquences Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) radiales à temps d’écho ultra-court (UTE) sont analysées pour évaluer leur potentiel dans l’étude non-invasive de différents modèles expérimentaux de maladies pulmonaires chez la souris. Chez le petit animal, les séquences radiales UTE peuvent efficacement limiter l’impact négatif sur la qualité de l’image dû au déphasage rapide des spins causé par les nombreuses interfaces air/tissu. En plus, les séquences radiales UTE sont moins sensibles aux artefacts de mouvement par rapport aux séquences Cartésiennes classiques. En conséquence, chez le petit animal, les séquences radiales UTE peuvent permettre d’obtenir des images du poumon avec une résolution bien inférieure au millimètre avec des rapports signal/bruit importants dans le parenchyme pulmonaire, tout en travaillant en conditions physiologiques (animaux en respiration spontanée). Dans cette thèse, il sera démontré que les séquences d’IRM protonique UTE sont outils efficaces dans l’étude quantitative et non-invasive de différents marqueurs distinctifs de certaines pathologies pulmonaires d’intérêt général. Les protocoles développés serontsimples, rapides et non-invasifs, faciles à implémenter, avec une interférence minimale sur la pathologie pulmonaire étudiée et, en définitive, potentiellement applicables chez l’homme. Il sera ainsi démontré que l’emploi des agents de contraste, administrés via les voies aériennes, permet d’augmenter la sensibilité des protocoles développés. Parallèlement, dans cette thèse des protocoles suffisamment flexibles seront implémentés afin de permettre l’étude d’un agent de contraste paramagnétique générique pour des applications aux poumons. / In this work, ultra-short echo time (UTE) Magnetic Resonance Imaging (MRI) sequences are investigated as flexible tools for the noninvasive study of experimental models of lung diseases in mice. In small animals radial UTE sequences can indeed efficiently limit the negative impact on lung image quality due to the fast spin dephasing caused by the multiple air/tissue interfaces. In addition, radial UTE sequences are less sensitive to motion artifacts compared to standard Cartesian acquisitions. As a result, radial UTE acquisitions can provide lung images in small animals at sub-millimetric resolution with significant signal to noise ratio in the lung parenchyma, while working with physiological conditions (freely-breathing animals). In this thesis, UTE proton MRI sequences were shown to be efficient instruments to quantitatively investigate a number of hallmarks in longitudinal models of relevant lung diseases with minimal interference with the lung pathophysiology, employing easilyimplementable fast protocols. The synergic use of positive contrast agents, along with anadvantageous administration modality, was shown to be a valuable help in the increase of sensitivity of UTE MRI. At the same time, UTE MRI was shown to be an extremely useful and efficacious sequence for studying positive contrast agents in lungs