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Immune responses during lung infections must be tightly regulated in order to permit pathogen eradication while maintaining organ function. Although mechanisms involve complex networks of cytokines, the interferon (IFN) response has been shown to be an important driver of lung inflammation. Type I IFNs consist of a group of structurally similar cytokines that are produced during virus infection and are an integral part in regulating the immune response. However, in response to certain stimuli, type I IFNs have also been found to be central in the initiation of lung inflammatory responses by inducing the recruitment and activation of immune cells and thus may contribute to disease severity. Another cytokine that has been associated with chronic lung inflammation is the gp130 cytokine, Oncostatin M. Transient pulmonary overexpression of Oncostatin M by Adenovirus vector (AdOSM) induces lung inflammation biased toward Th2 cytokines associated with eosinophilia and alternatively activated (AA/M2) macrophage accumulation. Here we demonstrated that C57Bl/6 mice deficient of the type I interferon receptor (IFNAR1-/-), were less responsive against a suboptimal dose of AdOSM at day 7 post infection compared to AdOSM-treated wild-type. We observed a significant reduction in OSM mRNA and protein levels in AdOSM-treated IFNAR1-/- mice, compared to treated wild-type, which resulted in significant attenuation in OSM-induced inflammatory cell infiltration, epithelial hyperplasia, and alveolar wall thickening. Furthermore, IL-6 overexpression (as a comparator gp130 cytokine), induced lymphocyte accumulation in IFNAR1-/- mice, but at significantly lower levels than AdIL-6-treated wild-type. These results demonstrate that cross talk between IFNAR and gp130 cytokine signaling were required for maximal AdOSM- and AdIL-6-mediated pulmonary inflammation. We also observed that IFNAR1 deficiency directly and negatively regulated OSM-mediated responses in vitro. OSM-induced pSTAT3 levels were consistently lower in murine and human IFNAR1-deficient fibroblasts, compared to OSM-stimulated wild-type cells. This was associated with diminished OSM-induced IL-6 and MCP-1 production from IFNAR1-/- fibroblasts. Furthermore, we found that the combination of OSM and IFN-α led to increased IL-6 production from C57Bl/6 and BALB/c-derived Mouse Lung Fibroblasts (MLFs) then when either cytokine was used alone suggesting that these two cytokines can work in concert. Our findings are the first to suggest that IFNAR signaling participates in OSM-mediated responses in vitro and is required for maximal AdOSM-induced pulmonary inflammation in vivo. / Thesis / Master of Science (MSc)

Inflammation can be initiated by an innate immune sensor, followed by activation of a signal mediator, resulting in control of immune response by a signal regulator. Mammalian nucleotide-binding oligomerization domain protein 1 (Nod1) and Nod2 initiate host innate immune response by recognition of specific bacterial molecules, resulting in the production of pro-inflammatory cytokines, chemokines, and anti-microbial peptides. A candidate sequence of chicken Nod1 (ChNod1) was identified with no current evidence of ChNod2. Stimulation of transiently overexpressed ChNod1 and its mutants with mammalian Nod-specific ligands was not conclusive of the function of ChNod1 most likely due to self-activation of ChNod1. In vitro studies showed no significant difference in expression of Nod1, its signaling molecules and pro-inflammatory cytokines in stimulated chicken mononuclear cells with synthetic ligands for mammalian Nod1 or Nod2. A signal mediator, macrophage migration inhibitory factor (MIF) inhibits the random migration of macrophages. Chemotaxis assay using recombinant ChMIF (rChMIF) revealed a substantial decrease in migration of macrophages. qRT-PCR analysis revealed that the presence of rChMIF enhanced levels of IL-1β and iNOS during monocytes stimulation with LPS. Additionally, Con A-stimulated lymphocytes exhibited enhanced IFN-γ and IL-2 transcripts in the presence of rChMIF. IL-22, which may act as a signal regulator, is an important effector of activated Th1 and Th17 as well as natural killer cells during inflammation. Recombinant ChIL-22 alone did not have an impact on chicken embryo kidney epithelial cells (CKECs); however, co-stimulation of CKECs with LPS and rChIL-22 enhanced the production of pro-inflammatory cytokines and anti-microbial peptides. Furthermore, rChIL-22 alone stimulated acute phase reactants in chicken embryo liver cells. These effects of rChIL-22 were abolished by addition of rChIL22 binding protein. Taken together, these results indicate an important role of ChIL-22 on epithelial cells and hepatocytes during inflammation. In this project, we identified and characterized the avian inflammatory mediators ChNod1, ChMIF, and ChIL-22. Studying each of their biological function in avian inflammation, especially under pathogenic challenges in epithelial tissues will provide a foundation for understanding the role of these inflammatory mediators in mucosal immunity. / Ph. D.

Les syndromes auto-inflammatoires (AIS) sont des affections héréditaires caractérisées par une inflammation récurrente et une hypersécrétion de cytokines par les cellules immunitaires innées. Les faibles taux de détection de mutations, la ressemblance des symptômes auxmaladies rhumatismales auto-immunes systémiques (SARD) et l’absence d’information sur les cytokines anormalement sécrétées par chaque individu compliquent le diagnostic, menant à un traitement inapproprié et à des complications graves. Nous avons émis l’hypothèse que la sécrétion de cytokines par les leucocytesdu sang périphérique depatients AIS suspectés pourrait orienter le diagnostic et le traitement parbiothérapie. Le plasma, les cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) et les neutrophiles polymorphonucléaires (PMN) ont été isolés chez des donneurs sains, des patients SARD et des patients AIS suspectés. Les PBMC et les PMN ont été stimulés avec différents activateurs de l’inflammation et les concentrations de cytokines ont été analysées par dosage multiplex. Les concentrations de cytokines détectées dans le plasma étaient similaires entreles trois groupes. En réponse à l'activation des inflammasomes NLRP1/3, NOD1/2, AIM2 et pyrin, les PBMC et les PMN despatients AISont sécrété plus d’IL-1α, d’IL-18, d’IFNγ et d’IL-12 que les cellules des patients SARD et des contrôles sains. Une analyse détaillée des cytokines sécrétées par les leucocytes sanguins de chaque patient AIS a montré que certains patients sécrétaient une quantité excessive d’IL-1α ou d’IL-1βen absence de l’antagoniste IL-1RA, suggérant que des antagonistes de l’IL-1 pourraient être utilisés, alors que d'autres patients ont sécrété des concentration sélevées d'IFNγ, d'IL-12 et d'IL-18, soulignant l'utilité des inhibiteurs desjanus kinases, d’anti-IL-12/IL-23 ou d’anti-IL-18, présentement en cours de développement. Cette étude démontre que les analyses de la sécrétion de cytokines par les leucocytes sanguins fournissent un aperçu de l’environnement pro-inflammatoire anormal, en plus d’être un indicateur potentiel d’options de biothérapie pour les patients AIS suspectés. / Autoinflammatory syndromes (AIS) are inherited conditions characterized by recurrent inflammation and hypersecretion of cytokines byinnate immune cells. Diagnosis and treatments are challenging as detection of mutations rates is low, symptoms are reminiscent of other autoimmune diseases, especially Systemic Autoimmune Rheumatic Diseases (SARDs), and the cytokines abnormally secreted by each individual are unknown. Thus, patients can be misdiagnosed, leading to inappropriate treatment andsevere complications. We hypothesized that the secretion of cytokines by peripheral blood leukocytes of suspected AIS patients could guide the diagnosis and treatment to the most suitable biotherapy. Plasma, peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) and polymorphonuclear neutrophils (PMNs) were isolated from healthy controls, SARD patients and suspected AIS patients. PBMCs and PMNs were stimulated with well-known immune activators and levels of cytokines were analyzed by multiplex assays. On the one hand, cytokine levels detected in the plasma were similar between healthy donors, SARD patients and suspected AIS patients. On the other hand, PBMCs and PMNsfrom AIS patients secreted more IL-1α, IL-18, IFNγand IL-12than cells from SARD patients or healthy controlsin response to NLRP1/3, NOD1/2, AIM2 and pyrin inflammasome activation. Detailed analysis of the cytokines secreted by PBMCs and PMNs from each suspected AIS patient showed thatsome suspected AIS patientssecreted excessive IL-1αor IL-1βin the absence of the antagonist IL-1RA, suggesting blockers of IL-1 could be used as biotherapeutic approach. Cellsfrom other suspected AIS patients secreted high levels of IFNγ, IL-12 and IL-18, pointing to the usefulness of treatments such as janus kinase inhibitors, the anti-IL-12/IL-23 antagonist and/or the novel anti-IL-18 in clinical development. This study demonstrates that analyses of cytokine secretion by blood leukocytes can provide an overview of the abnormal pro-inflammatory environment, in addition to being a potential indicator for biotherapy treatment options for patients with suspected AIS.

Escalating consumer concerns have placed the poultry industry under mounting pressure to reduce the use of chemotherapeutic agents as feed additives. One possible alternative receiving increased attention is the use of immunomodulators such as β-glucan. A pilot study evaluated the effects of a yeast derived β-glucan (Auxoferm YGT) on growth performance and immune response of broiler chickens. Day-old chicks were fed a diet containing 0, 0.02, or 0.1% yeast β-glucan. On days 7 and 14 post-hatch, body weight and relative immune organ weights were measured, peripheral blood was collected to determine heterophil to lymphocyte (H:L) ratios, and small intestinal sections were sampled to evaluate relative gene expression. The addition of β-glucan had no influence on growth. Dietary β-glucan supplementation modulated the expression of interleukin (IL)-8, IL-18, interferon (IFN)-γ and inducible nitric oxide synthase (iNOS) in the small intestine. A subsequent study was conducted to investigate the effects of dietary β-glucan on broiler chick (1440 birds) performance and immune response during a mixed Eimeria infection (day 8 of age). Measurements were taken and samples collected on days 4, 7, 10, 14 and 21 post-hatch. The results from this study show that β-glucan supplementation did not negatively impact performance. The addition of β-glucan to the diet resulted in reduced gross lesion severity and increased H:L ratios. The gene expression results suggest that β-glucans are capable of skewing the host immune response toward aTh1 mediated response and consequently down-regulating the Th2 mediated response. / Master of Science

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une maladie génétique neuromusculaire provoquée par des mutations du gène codant pour la dystrophine situé sur le chromosome Xp21. L'absence de cette protéine membranaire engendre une dégénérescence progressive des cellules, une augmentation de la concentration du calcium intracellulaire, des dommages oxydatifs, inflammatoires et ultimement une fibrose musculaire. Les patients souffrent également de plusieurs autres anomalies dont les plus importantes sont la cardiomyopathie et l'ostéoporose. Il n'y a actuellement aucune stratégie curative pour la DMD. Les corticostéroïdes sont prescrits pour prolonger la mobilité et l'espérance de vie, mais sont associés à une ostéotoxicité élevée. Bien qu'il existe une association entre l'ostéoporose et la dégénérescence musculaire, nous avons été les premiers à étudier le rôle du récepteur-activateur du facteur nucléaire kB (RANK), son ligand RANKL et du récepteur soluble ostéoprotégérine (OPG), principaux régulateurs du remodelage osseux, dans le contexte des maladies musculaires. Nos travaux antérieurs montrent que les myotubes différenciés secrètent l'OPG, expriment le récepteur RANK à leurs surfaces et dans le contexte de DMD l'expression de l'ARNm de RANK est 4 fois plus élevée dans les muscles de souris dystrophiques comparativement aux muscles sains. L'objectif de la présente thèse vise à exploiter cette voie afin de comprendre le mécanisme d'action de ces cytokines sur la physiopathologie musculaire et d'établir une stratégie thérapeutique pour la DMD en traitement unique ou combinée aux glucocorticoïdes. Dans un premier temps, nous avons investigué l'impact de la neutralisation systémique à long terme de RANKL sur l'intégrité et la fonction musculaire et osseuse dans un modèle sévère de dystrophie déficient en dystrophine/haploinsuffisant en utrophine. Ensuite, nous avons étudié les rôles physiopathologiques de l'OPG sur les tissus musculaires en caractérisant la fonction musculaire de souris déficientes en OPG. Finalement, nous avons débuté une étude sur l'effet de neutralisation systémique de RANKL sur l'ostéoporose associée à un traitement au deflazacort, un glucocorticoïde prescrit pour la DMD. Ainsi nous avons démontré que le traitement à long terme à l'anti-RANKL améliore la fonction et l'intégrité musculaire et osseuse chez les souris dystrophiques et protège contre l'ostéoporose induite par les glucocorticoïdes. À l'opposé, l'absence d'OPG induit, possiblement via RANKL, une faiblesse osseuse et musculaire et une atrophie sélective des fibres musculaires les plus puissantes. Ces avancées repoussent les connaissances au sujet de la voie RANK/RANKL/OPG au sein de la communication muscle-os et appuient l'anti-RANKL comme perspective thérapeutique chez les patients atteints de la DMD.

Le modèle de culture in vitro de l'équipe du Dr. Néron permet l'expansion à long terme des lymphocytes B à mémoire en présence d'une forte interaction entre CD40 et CD154 et d'un mélange d'IL-2, d'IL-4 et d'IL-10. Cette première phase dite d'expansion est suivie d'une phase de différenciation. Ce projet visait l'amélioration des conditions de différenciation, basée sur une faible interaction entre CD40 et CD154 et consistait en l'essai d'une vingtaine de combinaisons de facteurs solubles. Deux mélanges de cytokines soit, IL-6 et IL-10 ainsi que IL-2, IL-4 et IL-10 ont été identifiés et permettaient de diminuer la prolifération, d'augmenter la sécrétion d'IgG et de maintenir la viabilité. Le rendement de ces deux mélanges a été confirmé lors d'essais de transition progressive entre les deux phases. Nos travaux indiquent qu'il est possible d'induire la différenciation des lymphocytes B à mémoire suite à une longue période d'expansion dans le système CD40-CD154.

**Contexte** : La maladie parodontale est une pathologie touchant près de 50% de la population et sa forme sévère est la 6e maladie avec la plus forte prévalence mondialement. À ce jour, relativement peu d'études se sont penchées sur la mesure de l'impact des facteurs génétiques ethniques sur les maladies bucco-dentaires encore moins au niveau de la population québécoise. La cytokine *Thymic stromal lymphopoetin* (TSLP) et son récepteur ont initialement été décrites comme des facteurs de croissance et de maturation des cellules B immatures. La liaison de la protéine TSLP à son récepteur (TSLPR) est connue pour activer une série de cascades de signalisation menant à la surveillance immunitaire, à la réponse aux microorganismes et à l'initiation de la réponse inflammatoire locale impliquée dans les maladies buccodentaires. **Objectif** : Ce projet vise à quantifier la dimension de la variante génétique de la cytokine TSLP et son récepteur et son impact sur développement de la parodontite chez la population québécoise. De plus, le projet vise à investiguer le lien entre cette variation génétique de TSLP/TSLPR et l'efficacité de divers traitements et interventions visant à traiter la parodontite. **Matériels et méthodes** : 200 échantillons salivaires (100 patients sains, 100 patients avec un diagnostic de parodontie) sont obtenus auprès de patients québécois fréquentant la clinique de parodontite de la Faculté de médecine dentaire de l'Université Laval. Les échantillons sont prélevés afin d'isoler l'ADN de chaque échantillon. Quatre SNPs de TSLP (rs140730628, rs11466747, rs150474294, rs2289276) et trois autres d'IL-7R (rs12516866, rs1053496, rs104893893) sont utilisés. L'ADN est extrait avec la trousse Qiagen et quantifié à l'aide de l'appareil NanoDrop. Le génotypage est réalisé par réaction en chaine de la polymérase (PCR) grâce à la technique de génotypage TaqMan utilisée pour amplifier et détecter des allèles spécifiques de chaque polymorphisme sélectionné de TSLP dans l'ADN génomique (ADNg). Les niveaux de la cytokine inflammatoire TNF alpha dans les salives collectées sont analysés par des ELISA. **Résultats** : Un total de 146 échantillons a été analysé (test = 58 patients atteints de parodontie et contrôle = 88 patients sains). Des 7 polymorphismes étudiés, trois polymorphismes ont révélé des variantes : rs1053496, rs12516866 et rs2289276. Au niveau de rs1053496, le génotype TT a démontré une tendance positive pour une association entre ce polymorphisme et le développement de parodontite chez notre population entière (OR = 1,44, p>0,05), chez les sujets femelles (OR = 1,95, p>0,05) et chez les patients jeunes de moins de 52 ans (OR 2,75, p>0,05). Le génotype CT a aussi montré une tendance positive avec le risque de développement de la parodontie chez les sujets mâles (OR = 29,3, p>0,05). Toutefois ces résultats n'étaient pas statiquement significatifs. Au niveau de rs12516866, le génotype AC a montré une tendance positive avec le risque de développement de la parodontite chez la population à l'étude (OR = 1,21, p>0,05), ainsi que chez les patients âgés (OR 1,98 p>0,05). De plus, le génotype AA a également montré une tendance positive pour le développement de la parodontite chez les jeunes patients (OR 1,45, p>0,05). Toutefois, ces résultats n'étaient pas statiquement significatifs. Au niveau de rs2289276, le génotype TT a montré une tendance positive pour développement de la parodontite chez les patients femelles (OR = 3,15, p>0,05), et chez les jeunes patients (OR = 2,57, p>0,05). Toutefois, ces résultats n'étaient pas statiquement significatifs. Cependant, le polymorphisme de rs2289276 (génotype CT ou TT) a été associé à une protection contre la parodontite chez les sujets mâles (OR = 0,3395 (95% CI : 0,77-0,14) p=0,013). Les concentrations salivaires de TNF-α à la base de référence démontraient une différence significative entre les groupes test et contrôle (test : 42,43 pg/mL, contrôle : 25,34 pg/mL, p = 0,000952). À la suite de la thérapie, les concentrations salivaires de TNF-α ont diminué de manière significative comparativement à la concentration salivaire avant le traitement et au contrôle postopératoire (base de référence : 42,43 pg/mL, post-op : 28,19 pg/mL, p = 0,00435). **Conclusion** : Certains polymorphismes de TSLP semblent être associés au risque de développement de la parodontite. Le nombre limité de participants doit être considéré dans l'interprétation de ces résultats.