O glioblastoma (GBM) é o tumor cerebral primário mais comum e o mais grave tumor de células da glia. O GBM é um tumor astrocítico de grau IV caracterizado pela proliferação descontrolada, infiltrado difuso, tendência à necrose, angiogênese, resistência a apoptose e grande heterogeneidade genética. Apesar da terapia abranger a remoção cirúrgica máxima, a radioterapia e a quimioterapia, o tumor torna-se resistente à drogas utilizadas no tratamento levando o paciente a recorrência e morte em menos de 15 meses após o diagnóstico. Uma alternativa para o tratamento do GBM é a imunoterapia, a qual é capaz de estimular o sistema imunológico do próprio paciente a gerar uma resposta específica e duradoura que pode proteger contra a recorrência da doença. Uma dessas alternativas envolve o uso de vacinas de DNA codificando antígenos tumorais e proteínas imunomoduladoras capazes de ativar eficientemente linfócitos B e T específicos aos antígenos presentes no tumor. Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho foi construir vacinas de DNA utilizando-se os genes dos antígenos EGFRvIII, cERBB2, MAGE e GLEA de GBM e os genes das proteínas imunomoduladoras hsp65, hsp70, gp96 e gD e avaliar suas respectivas imunogenicidades. Os genes foram avaliados in silico, sintetizados in vitro e utilizados na construção das vacinas de DNA. Ferramentas de biologia molecular e o vetor pVAX foram utilizados para obtenção das vacinas. Elas foram caracterizadas por sequenciamento e western blot e utilizadas na imunização de camundongos C57BL/6. As imunizações foram realizadas com três doses em intervalos de 12 dias combinando um antígeno tumoral e uma proteína imunomoduladora na forma de vacina de DNA. A imunogenicidade foi avaliada 20 dias após a última dose. Os ensaios ex vivo foram realizados com o soro dos animais imunizados para dosagem de anticorpos específicos contra os antígenos tumorais e com as células do baço que foram re-estimuladas com as proteínas EGFRvIII, cERBB2, MAGE e GLEA para identificar a presença de células específicas aos antígenos tumorais. Como resultado, a vacina pVAXgDGLEA foi a única capaz de induzir anticorpos do subtipo IgG2a anti-GLEA. As vacinas pVAXgDGLEA, pVAXgDEGFRvIII e pVAXgDMAGE foram capazes de ativar células específicas aos antígenos que após o re-estímulo responderam rapidamente com produção de IFN-g e IL-10. A proteína imunomoduladora gD foi, portanto, capaz de ajudar na indução de um padrão de resposta Th1, específica aos antígenos de GBM, importante no combate ao tumor e a IL-10 pode favorecer e/ou balancear a resposta no cérebro que deve ser eficaz, mas não exacerbada. / Glioblastoma multiforme (GBM) is the most common form of primary brain cancer and the most severe tumour affecting glia cells. GBM is a grade IV astrocytoma known by uncontrolled proliferation, diffused infiltrate, necrosis tendency, angiogenesis, apoptosis resistance and a wide genetic heterogeneity. The standard of care consists of maximal surgical resection, followed by a combination of radiation and chemotherapy. Despite that, tumour becomes resistant to drugs used to treatment, and the patient experiences recurrence followed by death in less than 15 months after diagnosis. An alternative in GBM treatment could be immunotherapy which aims to stimulate patients immunological system in order to obtain a specific and long-term response that can protect against recurrence. One of these alternatives involves the use of DNA vaccines codifying tumoral antigens and immunomodulatory proteins that can effectively activate tumour antigen specific B and T lymphocytes. In this context, the objective of this work was the construction of DNA vaccines using GBM antigen genes (EGFRvIII, cERBB2, MAGE e GLEA) and immunomodulatory proteins (hsp65, hsp70, gp96 e gD), followed by their immunogenicity evaluation. Genes were evaluated in silico, synthesized in vitro and used in DNA vaccines construction. Molecular biology tools and the pVAX vector were used to obtain the vaccine. They were characterized by sequencing, western blot and were used in the immunization of C57BL/6 mice. Immunizations were performed in 3 doses of a DNA vaccine combining a tumoral antigen and an immunomodulatory protein at each 12 days. Immunogenicity was evaluated 20 days after the last dose. The ex vivo assays were performed with the serum of immunized animals for antibody evaluation and spleen cells were stimulated with EGFRvIII, cERBB2, MAGE e GLEA proteins to assess tumoral antigen specific cells. The pVAXgDGLEA vaccine was the only able to induce IgG2a subtype anti-GLEA antibodies. Vaccines pVAXgDGLEA, pVAXgDEGFRvIII e pVAXgDMAGE were able to activate antigen-specific cells that produced IFN-g e IL-10 quickly after reestimulation. The gD immunomodulatory protein was able to induce a Th1 immune response, specific to GBM antigens, which is important in tumor combat while IL-10 could favor and/or balance the response in brain, which should be effective but not exacerbated.

L’électroporation (EP) in vivo est utilisée comme stratégie d’amélioration de la réponse immune induite par les vaccins ADN. Cependant son effet sur les acteurs du système immunitaire inné reste méconnu. Dans l’objectif de mettre en évidence le comportement cellulaire sur le site de la vaccination, nous avons développé des approches d’imagerie par fluorescence in vivo chez le macaque. Nos résultats montrent que l’EP locale, augmente non seulement la quantité et la distribution de l’antigène vaccinal, mais induit également la mobilisation et la migration des cellules de Langerhans. De plus, l’EP cause un recrutement de leucocytes dans la peau et le tissu sous-cutané et favorise la production de cytokines pro-inflammatoires dans la peau. Ces évènements précoces, qui résultent de l’utilisation de l’EP en tant que système de délivrance des vaccins ADN, mettent en évidence le potentiel de l’EP en tant qu’adjuvant vaccinal. / In vivo electroporation (EP) is used as a strategy to improve the immune response induced by DNA vaccines. However, its local effect on the innate immune cells has not been fully described. We developed in vivo fluorescence imaging approaches to highlight the cell behavior in the site of vaccination in macaques. Our results show that the local EP not only increases the amount and the distribution of the vaccine antigen, but also induces the mobilization and migration of Langerhans cells. Furthermore, EP causes the recruitment of leukocytes into the skin and subcutaneous tissue and promotes the production of pro-inflammatory cytokines. These early events that result from the use of the EP as a delivery system for DNA vaccines, highlight its potential as a vaccine adjuvant.

La tuberculose est une maladie contagieuse causée par les bactéries appartenant au complexe Mycobacterium tuberculosis. On estime près de neuf millions de nouveaux cas et un million de décès chaque année dans le monde. De plus, approximativement un tiers de la population mondiale est infecté de manière latente, donc à risque de développer la maladie. Le seul vaccin préventif jusqu’à présent disponible est le Bacille de Calmette-Guérin (BCG). Cependant, son efficacité contre la forme pulmonaire de la maladie, contagieuse et plus fréquente chez l’adulte, est extrêmement variable. Le développement de nouveaux vaccins prophylactiques contre la tuberculose est basé sur une stratégie de remplacement ou d’amélioration de l’actuel vaccin BCG. De nombreux candidats vaccins sous-unitaires sont évalués dans un protocole de vaccination de rappel après le BCG. Ce dernier est en effet administré à plus de 80% des nouveau-nés et des nourrissons des populations à haut risque.<p>Le présent travail a eu pour but principal d’étudier une nouvelle approche de vaccination combinant le Bacille de Calmette-Guérin avec des vaccins sous-unitaires à ADN plasmidique dans différents modèles précliniques.<p>Plusieurs hypothèses tentent d’expliquer la faible efficacité du vaccin BCG, comme la faible induction de réponses immunitaires de type cellulaire T CD8+, le déclin de l’immunité protectrice induite au cours du temps, ou son répertoire antigénique limité. Les vaccins à ADN plasmidique induisant de telles réponses, le travail proposé a consisté au développement d’un nouveau protocole de vaccination basé sur la coadministration par la voie intradermique du vaccin BCG formulé avec un vaccin à ADN plasmidique codant pour un antigène mycobactérien. Nous avons observé dans plusieurs modèles murins (adulte et néonatal) une augmentation significative des réponses cellulaires de type CD4+ Th1 et CD8+, ainsi que de la réponse humorale spécifique. L’immunogénicité de cette approche a également été analysée dans un modèle animal de grande taille, à savoir le modèle porcin. Les résultats obtenus indiquent que les vaccins à ADN plasmidique sont capables d’augmenter les réponses spécifiques à l’antigène codé par le plasmide mais également celles spécifiques à d’autres antigènes exprimés par le vaccin BCG. Enfin, dans la deuxième partie du travail, nous avons développé des vaccins plasmidiques codant pour des combinaisons d’antigènes phase-spécifiques de M. tuberculosis et nous avons analysé leur immunogénicité en modèle murin.<p>En conclusion, nous avons montré que la stratégie de coadministration par la voie intradermique du vaccin BCG avec un vaccin à ADN plasmidique encodant des antigènes mycobactériens s’avère être un protocole de vaccination réaliste et efficace pour améliorer l’immunité induite par le vaccin BCG. Elle offre par ailleurs des perspectives pour être appliquée avec des plasmides codant pour des antigènes caractéristiques de la tuberculose latente, peu reconnus après vaccination BCG, pour protéger à la fois contre la tuberculose active d’une primo-infection et contre la réactivation d’une infection latente. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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

Die Entwicklung einer mukosal verabreichbaren, effektiven DNA-Vakzine gegen Infektionskrankheiten oder Tumorerkrankungen auf der Basis invasiver attenuierter Bakterien ist eine vielversprechende Alternative zu bisherigen parenteralen Strategien der genetischen Vakzinierung. Innerhalb dieser Arbeit wurden Salmonellen-Impfstämme für die orale Übertragung eines eukaryontischen Expressionsplasmids mit dem kleinen Oberflächenantigen des Hepatitis-B-Virus (HBsAg) als Modellantigen optimiert. Die kontinuierliche Sezernierung von Plasmiden als filamentöse Phagenpartikel wurde als ein erster Ansatz getestet, um mit lebenden Bakterien eine DNA-Vakzine innerhalb infizierter Zellen freizusetzen. Die Salmonellen-vermittelte Phagensekretion in der Wirtszelle ist jedoch nicht effizient genug, die Expression des Transgens zu vermitteln. Alternativ wurde ein Ansatz gewählt, durch eine spontan induzierte Lyse der Impfbakterien, Plasmid-DNA in die Wirtszelle zu übertragen. Dazu wurde ein neuartiges bakterielles Autolysesystem etabliert, basierend auf einem Zwei-Phasen-Expressionssystem und von Bakteriophagen abgeleiteten Lysedeterminanten. Dieses System ermöglicht erstmals die kontinuierliche Freisetzung von Plasmid-DNA und Proteinen aus einzelnen, lysierenden Salmonellen innerhalb einer sonst gesunden bakteriellen Gesamtpopulation. Innerhalb infizierter COS7-Zellen führt die Freisetzung des porenformierenden Proteins Listeriolysin O durch autolytische Salmonellen zur Zerstörung der Vakuole, in der die Impfbakterien replizieren, und erleichtert somit den Transfer der Plasmid-DNA aus den Bakterien in das Zytoplasma der Wirtszelle. Die Lysedeterminante und die eukaryontische Expressionskassette für HBsAg wurden auf einem Plasmid kombiniert, sowie eine Kassette zur konstitutiven Expression des Histon-ähnlichen Proteins aus Thermotoga maritima (TmHU) in ein solches Konstrukt integriert. TmHU stabilisiert die Plasmiderhaltung unter nicht selektiven Bedingungen und besitzt das Potential, die Effizienz der DNA-Translokation innerhalb der Wirtszelle zu erhöhen. Durch die orale Gabe optimierter autolytischer Impfbakterien konnte eine potente HBsAg-spezifische Antikörperantwort sowie eine zytotoxische zelluläre Antwort induziert werden. Bereits die einmalige Gabe der autolytischen Bakterien induzierte eine höhere antigenspezifische Antikörperantwort, als die herkömmliche intramuskuläre DNA-Vakzine. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Konzept autolytischer Salmonellen stellt also eine neuartige, effiziente Strategie für den mukosalen DNA-Transfer dar. Die Übertragung des Konzeptes der Autolyse auf andere bakterielle Trägersysteme ist möglich und kann zur Erweiterung des Anwendungspektrums bakterieller Vektoren beitragen. / The development of an effective mucosal DNA vaccine against infectious diseases or tumors based on invasive attenuated bacteria is a very promising alternative to common parenteral routes of genetic vaccination. This work aimed at the optimization of Salmonella vaccine strains for the oral delivery of an eukaryotic expression plasmid encoding the small Hepatitis B Virus surface antigen (HBsAg), here used as model antigen. The continuous secretion of plasmids as filamentous phage particles was first tested as a mean for the delivery of the DNA vaccine by living bacteria inside infected host cells. However, Salmonella-mediated phage secretion inside cells did not suffice for the induction of transgene expression. As alternative approach, inducible spontanous lysis of bacteria was used to mediate the release of plasmid DNA into host cells. For this purpose a novel bacterial autolytic system was established on the basis of a two-phase expression system and lysis determinants derived from bacteriophages. This system allows for the first time the continuous release of plasmid DNA and proteins from only few lysing Salmonella within an otherwise healthy bacterial population. Inside COS7 cells the release of the pore-forming protein listeriolysin O by autolytic Salmonella mediates the destruction of the Salmonella-harbouring vacuole, thereby facilitating the transfer of plasmid DNA from bacteria into the host cell cytoplasm. The lysis determinant was combined with the eukaryotic expression cassette for HBsAg on one plasmid. In addition, a cassette for the constitutive expression of TmHU, a histon-like protein derived from Thermotoga maritima, was integrated in such vector. TmHU stabilizes the plasmid propagation in the absence of selective pressure and has the potential to increase the efficiency of plasmid translocation inside the host cell. The oral administration of the optimized autolytic bacteria stimulated a potent HBsAg-specific antibody response as well as a cytotoxic cellular response. Already a single inoculation of the oral vaccine induced a higher specific antibody response than the conventional intramuscular DNA vaccine. Therefore the concept of autolytic Salmonella carrier strains developed in this work constitutes a novel efficient strategy for mucosal DNA delivery. The transfer of this concept to other bacterial carriers is possible and may widen the application field for bacterial vectors.

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