Abstract : CD8 + T cells can be programmed in their naïve state with pro-inflammatory cytokines such as IL-15 and IL-21. IL-15 induces the proliferation of CD8 + T cells and allows the generation of memory cells. IL-21 programs CD8 + T cells to become more cytotoxic while retaining a memory type phenotype. In the laboratory, we studied the effect of these two cytokines in different contexts by using the mouse model MHC-I-restricted Pmel-1 transgenic TCR specific to the melanoma-derived gp10025-33 antigen, which is also expressed by normal melanocytes. First, we elucidated the effect of IL-15 on CD8 + T cells in the Pmel-1 transgenic model lacking the protein Suppressor of cytokine signaling 1 (SOCS1). SOCS1 is a critical regulator of T cell homeostasis. We have found that these mice have CD8 + T-cells expressing surface proteins characteristic of memory T cells (CD44, Ly6C, CD122 and CD62L). However, these cells decrease the expression of the TCR and increase that of CD5, indicative of TCR activation in vivo. When stimulated in vitro, these cells displayed a highly cytotoxic phenotype but very low proliferation. Adoptive cell transfer studies in Rag1 - / - mice showed that these cells can undergo homeostatic proliferation under lymphopenic conditions. This proliferation was characterized by severe inflammatory lesions in the skin, extremities and eyes. This study demonstrates the importance of IL-15 and SOCS1 in the regulation of self-reactive cells that can be activated under lymphopenic conditions and can cause autoimmune diseases. Second, we studied the synergistic effect of IL-15 and IL-21 in native CD8+ T cells for cancer immunotherapy. We used the mouse melanoma model B16-F10 (B16) which expresses very weakly MHC-I molecules. In parallel, we studied the effect of NOD-like receptor CARD domain containing 5 (NLRC5) overexpression, the trans-activator of MHC-I genes, in B16 cells in order to increase their immunogenicity and restore anti-tumor immunity. We generated stable lines of B16 cells expressing NLRC5 (B16-5); the co-stimulatory molecule of T cells, CD80 (B16-CD80), or both (B16-5 / 80). The over-expressing NLRC5 cells positively regulated the MHC-I and LMP2, LMP7 and TAP1 genes. B16-5 cells efficiently presented gp10025-33 to CD8+ Pmel-1 T cells and induced their proliferation. This proliferation was very robust when Pmel-1 naive cells were pre-stimulated with IL-15 and IL-21 prior to activation. In the presence of CD80, B16-5 cells stimulate Pmel-1 cells even without the addition of gp100, indicating that NLRC5 facilitates the treatment and presentation of endogenous tumor antigens. During subcutaneous implantation, B16-5 cells showed a significant reduction in tumor growth in C57BL/6 hosts but not in immunodeficient hosts, indicating that tumor cells expressing NLRC5 generated an anti-tumor immunity. This response is dependent on CD8 + T cells since in mice depleted of these cells, B16-5 cells formed large subcutaneous and pulmonary tumors. Finally, immunization with irradiated B16-5 cells allowed anti-tumor protection during challenge of parental B16 cells. Collectively, our results indicate that NLRC5 could be exploited to restore tumor immunogenicity and to stimulate protective antitumor immunity. / Les cellules T CD8+ peuvent être programmées à leur état naïf avec des cytokines pro-inflammatoires telles que l’IL-15 et l’IL-21. IL-15 induit la prolifération de cellules T CD8+ et permet la génération de cellules T CD8+ mémoire. IL-21 programme les cellules T CD8+ à devenir plus cytotoxiques tout en conservant un phénotype de type mémoire. Dans le laboratoire, nous avons étudié l’effet de ces deux cytokines dans différent contextes en utilisant le modèle de souris transgénique Pmel-1 qui possède des récepteurs de cellules T (TCR) spécifiques envers le peptide gp10025-33, exprimé par des cellules de mélanome et aussi par des mélanocytes. Premièrement, nous avons élucidé l’effet de l’IL-15 sur les cellules T CD8+ dans le modèle transgénique Pmel-1 déficient dans la protéine Suppressor of cytokine signaling 1 (SOCS1). SOCS1 est un régulateur critique de l’homéostasie de lymphocytes T. Nous avons trouvé que ces souris ont de cellules T CD8+ exprimant des protéines de surface caractéristique de cellules T mémoire (CD44, Ly6C, CD122 et CD62L). Cependant, ces cellules diminuent l’expression du TCR et augmentent celle de CD5, ce qui témoigne d’une activation du TCR in vivo. Lorsque stimulées in vitro, ces cellules montrent un phénotype hautement cytotoxique mais une prolifération très faible. Lorsque nous avons fait des études de transfert cellulaire adoptive dans de souris Rag1-/-, ces cellules ont proliféré de façon importante causant des lésions inflammatoires sévères dans la peau, les extrémités et les yeux. Cette étude démontre l’importance de l’IL-15 et de SOCS1 dans la régulation de cellules auto-réactives qui peuvent être activées sous des conditions lymphopéniques et qui peuvent causer de maladies auto-immunitaires. Deuxièmement, nous avons étudié l’effet synergique d’IL-15 et d’IL-21 dans les cellules T CD8+ naïves pour l’immunothérapie du cancer. Nous avons utilisé le modèle B16-F10 (B16) de mélanome de souris qui exprime très faiblement des molécules de CMH-I. En parallèle, nous avons étudié l’effet de la surexpression de NOD-like receptor CARD domain containing 5 (NLRC5), le trans-activateur de gènes de CMH-I dans les cellules B16, dans le but d’augmenter leur immunogénicité et de restaurer l’immunité anti-tumorale. Nous avons généré des lignées stables de cellules B16 exprimant NLRC5 (B16-5); la molécule co-stimulatrice de cellules T, CD80 (B16-CD80), ou les deux (B16-5 / 80). Les cellules sur-exprimant NLRC5 ont régulé positivement de manière constitutive les gènes MHC-I et LMP2, LMP7 et TAP1. Les cellules B16-5 ont efficacement présenté gp10025-33 aux cellules T CD8+ Pmel-1 et ont induit leur prolifération. Cette prolifération a été très robuste lorsque les cellules naïves Pmel-1 étaient pré-stimulées avec IL-15 et IL-21 avant leur activation. En présence de CD80, les cellules B16-5 stimulent les cellules Pmel-1 même sans l'addition de gp100, ce qui indique que NLRC5 facilite l’apprêtement et la présentation des antigènes tumoraux endogènes. Lors de l'implantation sous-cutanée, les cellules B16-5 ont montré une réduction significative de la croissance tumorale chez des hôtes C57BL/6, mais pas chez des hôtes immuno-déficients, ce qui indique que les cellules tumorales exprimant NLRC5 ont provoqué une immunité anti-tumorale. Cette réponse est dépendante de cellules T CD8+ puisque chez les souris déplétées de ces dernières, les cellules B16-5 ont formé de grandes tumeurs sous-cutanées et pulmonaires. Enfin, l'immunisation avec des cellules B16-5 irradiées a permis une protection anti-tumorale lors de la réimplantation des cellules B16 parentales. Collectivement, nos résultats indiquent que NLRC5 pourrait être exploité pour restaurer l'immunogénicité tumorale et pour stimuler l’immunité anti-tumorale protectrice.

<p>Sea cucumbers have been found to contain bioactive compounds such as saponin, fucoidan, frondoside, and glycosides that have pharmacological properties like antitumor, antibacterial, anti-inflammation, and antihyperglycemic activity. Although several species of sea cucumbers have been studied and reared for the food and medicinal industries, not much research has been conducted on the species in the waters of the Eastern United States. In this research, physiological and immunological parameters of coelomic fluid from <em>Cucumaria</em> <em>frondosa</em>, <em>Isostychopus</em> <em>badionotus</em>, and <em>Pentacta</em> <em>pygmaea</em> were compared to find the most promising candidate with these properties and pharmacological benefits. We found that <em>C. frondosa</em> was the species with the best immunological and physiological parameters among the three studied. <em>C. frondosa</em> illustrated that its coelomic fluid contains the highest concentrations of cells and lysozymes that had the highest activity. Using <em>C. frondosa</em>’s tissue extracts and coelomic fluid, the ability of the extracts and coelomic fluid to inhibit murine melanoma cells (B16-F10) and modulate T-lymphocytes <em>in vitro</em> were investigated. Although no significant differences were seen statistically, the experiments illustrated that T-lymphocytes were highly activated at higher concentrations (0.001g/uL-0.0002g/uL) for tissue extracts and at lower concentrations (0.000008g/uL) for coelomic fluid. On the other hand, melanoma cells were inhibited highest at lower concentrations (0.000008g/uL-0.0000016/uL). In addition to these studies, the antibacterial activity of <em>C. frondosa</em> extract was tested on ten pathogenic bacterial species. Antibacterial activity of the <em>C. frondosa</em> extract was not seen in this experiment. However, hemolytic activity by compounds present in <em>C. frondosa</em> extracts was seen in blood agars culturing <em>Streptococcus pneumoniae</em> and <em>Enterococcus faecalis</em> in our experiment. Lastly, an <em>in vivo </em>study was conducted to see if <em>C. frondosa</em> extract can modulate stress in Nile tilapia. In our experiment, we observed that <em>C. frondosa</em> extract was able to enhance the activity of one of the parameters, phagocytic capacity significantly. However, we are not able to conclude that <em>C. frondosa</em> extract was able to mitigate chronic stress from the results obtained. Overall, observing the results from the projects, we cannot conclude that <em>C. frondosa</em> extracts illustrated pharmacological properties. Extensive studies are recommended and required to use <em>C. frondosa</em> extract for medicinal purposes. </p>

Eine Melanomerkrankung im metastasierten Stadium ist heute noch eine nicht heilbare und in den meisten Fällen tödlich verlaufende Erkrankung. Über 50% der Patienten mit metastasierendem malignen Melanom entwickeln Lungenmetastasen. Nach dem Auftreten von Lungenmetastasen beträgt die durchschnittliche Überlebenszeit noch 7,3 Monate. Demnach ist die Entwicklung von Therapiestrategien notwendig, um das Fortschreiten von Tumormetastasen oder sogar deren Entstehung zu verhindern. Die lokale Stimulation der angeborenen Immunabwehr durch Behandlung mit Toll-like-Rezeptor-Agonisten käme hierfür in Frage. Inhalative Behandlungen mit Immunmodulatoren, wie sie für IL-2 beschrieben wurden, könnten insbesondere für die Behandlung pulmonaler Metastasen genutzt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde das pulmonale angeborene Immunsystem im Mausmodell durch den TLR2/6-Agonisten MALP-2 stimuliert und die Auswirkung dieser Immunstimulation auf experimentell induzierte pulmonale Melanommetastasen untersucht. Intratracheale Instillationen von 0,5 µg MALP-2 führten zu starker Einwanderung neutrophiler Granulozyten (6-fach) und Makrophagen (3,4-fach) in die Lunge von C57/BL6-Mäusen. Innerhalb von 24 h war das Maximum der Immunzelleinwanderung erreicht. Der Leukozyteneinstrom fiel dann innerhalb von 72 h wieder auf das Ursprungsniveau zurück. Weitere Untersuchungen konnten zeigen, dass MALP-2 auch zu einer deutlichen Steigerung der Expression von VCAM-1 in pulmonalen Blutgefäßen führt. In vitro Experimente zeigten, dass dieses Adhäsionsmolekül die Bindung von B16-F10-Melanomzellen vermitteln kann.  Außerdem führte die MALP-2-Behandlung weder in vitro noch in vivo zu einer signifikanten Steigerung der Fähigkeit von Immunzellen, B16-F10-Melanomzellen zu lysieren.  So konnte, im Gegensatz zu Rückschlüssen aus früheren Publikationen, trotz der ausgeprägten Stimulation des pulmonalen Immunsystems und unabhängig vom Applikationsregime durch MALP-2 vor oder nach Tumorinokulation im Mausmodell keine signifikante Änderung der pulmonalen Metastasen erreicht werden. Durch Markierung von Melanomzellen, die stabil mit Green fluorescent Protein transfiziert waren, war es möglich, Melanomzellen kurz nach Tumorzellaussaat zu untersuchen. Eine lokale TLR2/6-Aktivierung durch MALP-2-Instillation 24 h vor Tumorinokulation führte aber in vivo zu keiner Beeinflussung des pulmonalen Melanomzellarrests im Mausmodell. Außerdem konnte gezeigt werden, dass auch das „Boostern“ des Immunsystems durch wiederholte intratracheale MALP-2-Applikation an bereits etablierten pulmonalen Metastasen zu keiner Änderung des klinischen Gesamtresultates führt. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass diese teilweise unerwarteten Ergebnisse deutlich machen, dass klinische Vorhersagen bezüglich immunmodulierender Therapien mit Vorsicht zu stellen sind, insbesondere, da multiple, sich wechselseitig beeinflussende Effekte durch die Immunstimulantien selbst das Gesamtergebnis einer Tumortherapie beeinflussen können.