Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2006. / Title from first page of PDF file. Includes bibliographical references (p. 185-219).

La première partie de ce travail se centre sur la recherche de tests sanguins (reposant sur les granulocytes) de dépistage, de suivi et d’efficacité thérapeutique dans différentes maladies allergiques. Elle débute par un travail réalisé dans la maladie asthmatique. Elle se poursuit par l’étude du rôle des granulocytes (polynucléaires neutrophiles et/ou polynucléaires éosinophiles et/ou basophiles) dans deux maladies allergiques : l’oesophagite à éosinophiles et les allergies alimentaires. Chez des patients atteints d’oesophagite à éosinophiles, nous avons étudier le profil d’activation des éosinophiles sanguins et de l’œsophage. Nous nous sommes focalisés sur certains marqueurs d’activation de surface (CD66b) et sur certains phosphoépitopes d’intérêt (Ph-STAT1 et Ph-STAT6). Nous avons démontré que les éosinophiles sanguins avaient un profil spécifique dans cette maladie. Enfin, cette première partie s’achève par deux études portant sur les basophiles sanguins dans les allergies alimentaires, plus précisément, dans les allergies aux fruits à coques ; Nous avons développé de nouveaux potentiels tests de dépistage de patients atteints d’allergies alimentaires, d’identification des allergènes responsables ainsi que de potentiels marqueurs d’évaluation d’efficacité de nouvelles thérapeutiques dans les allergies alimentaires par l’utilisation des marqueurs d’activation de surface des basophiles.La deuxième partie se centre principalement sur le rôle des polynucléaires neutrophiles (PNN) du sang et des voies aériennes des patients atteints de mucoviscidose. La mucoviscidose est la maladie génétique autosomique récessive la plus fréquente dans l’Europe du nord. Son pronostic est étroitement lié à l’atteinte pulmonaire, qui se caractérise par des infections à répétition, une obstruction et une inflammation à PNN. Notre équipe a tout d’abord démontré que les PNN sanguins de patients atteints de mucoviscidose présentaient un déficit en glutathion. Nous avons donc réaliser un essai clinique de phase IIa ou, N-acétyl-cystéine (précurseur du glutathion) était donné, à forte dose et par voie orale à des patients atteints de mucoviscidose. Ce traitement par N-acétyl-cystéine pendant douze semaines a permis une correction du déficit des PNN sanguins en glutathion. Cette correction de l’excès de stress oxydatif au sein des PNN a permis une diminution significative du nombre d’exacerbation chez les patients atteints de mucoviscidose. En revanche, possiblement en raison de la courte durée de ce traitement, aucune différence significative ne fut observée au niveau des paramètres de fonction respiratoire, tels que le VEMS. De plus, nous avons démontré que les PNN des voies aériennes des patients atteints de mucoviscidose dysfonctionnaient. En effet, alors qu’il était rapporté dans la littérature que les PNN nécrotiques des voies aériennes larguaient de manière passive l’élastase et la myélopéroxidase, nous avons démontré que les PNN vivants larguaient de manière active ces deux enzymes, dont la présence est en étroite corrélation avec le déclin de la fonction pulmonaire.. Nous avons alors émis l’hypothèse que les PNN, lors de leur migration du sang vers les voies aériennes, s’activaient anormalement. Nous avons donc décider d’étudier leurs cascade d’activations intracellulaire. Nous avons ainsi démontré que les PNN des voies aériennes des patients atteints de mucoviscidose présentaient une régulation positive de la voie mTOR. mTOR étaient possiblement activé par la pléthore d’acides aminés présents dans le poumon mucoviscidosique. mTOR pourrait refléter une possible survie prolongée des PNN des voies aériennes du poumon mucoviscidosique. Ces PNN pourraient aussi secréter de nouvelles protéines, alors même qu’ils sont « conventionnellement » définis comme cellules terminallement différenciées. [...] / Summary of the first part. We hypothesized that granulocytes were not only playing an effector role in atopic diseases, but also a regulatory role. Furthermore, we proposed that granulocytes, due to their rapid activation response, could be used in rapid non-invasive whole blood assays for Allergic Asthma (AA), Food Allergy (FA) and Eosinophillic Esophagitis (EoE), three allergic diseases. We first studied asthma. Then, we explored the profil of activation of blood eosinophils in patients with EoE. We explored some activation surface markers (CD66b) and some intracellular phosphoepitopes of interest (Ph-STAT1 and Ph-STAT6). We then focused our attention on blood basophils in food allergy. We developped a potential blood basophil assay (based on two basophil activation surface markers, CD203c and CD63), which could discriminate a patient with food allergy, which could also identify the offending allergen and, which could monitor the effect of new therapy.Summary of the second part. We focused our attention on the role of the blood and sputum neutrophils in cystic fibrosis (CF). Cystic fibrosis is the most frequent disease in Caucasians. While CF affects all exocrine organs throughout the body, its lung manifestation represents the main cause of morbidity and mortality. We first discovered that blood neutrophils were deficient in glutathion. We therefore started a clinical phase IIa, where N-acetyl-cystein were given orally in high dose to patients with CF for twelve weeks. Thanks to this regimen, the deficit in glutathion in blood PNN disappeared. The number of exacerbations significantly decreased, however, no positive effect were observerd on the lung function. Furthermore, we demonstrated that profound functional and signaling changes readily occur within viable PNN recruited to CF airways, compared to their blood counterparts. For a long time, neutrophil dysfunction in CF airways has been equated with necrosis and passive release of elastase, DNA and, actin. However, we established recently by direct ex vivo analysis of airway neutrophils from CF patients that a large fraction of these cells are viable and appear to actively release these enzymes-containing granules. We also show that neutrophils that entered CF airways have increased phosphorylation of key effectors in the amino acid-regulated mammalian target of rapamycin (mTOR) pathway. An upregulation of the mTOR pathway might reflect an increase of the survival of the neutrophils in the airways. Another common view of peripheral neutrophils is that of terminally differentiated population, with little if any ability to become anabolic. However, we outlined the ability of human neutrophils to modify their transcriptional profile upon migration to the lung in CF. The last part of these thesis is a combination of knowledge that we acquired on the blood basophils in food allergy and on the neutrophils from the airways of patients with CF. We are currently trying to develop an unmet need blood (basophil) test which could discrimate the CF patients with allergic bronchopulmonary aspergillosis. We are also trying to understand the role of airways neutrophils and eosinophils in the pathogenese of these disease.

Rheumatoid arthritis (RA) which affects 0.5-1% of the world population and is characterised by joint erosions and presence of the autoantibodies anti-citrullinated protein antibodies (ACPA) and rheumatoid factor. Collagen II (CII) is a joint-specific antigen and we have shown that antibodies against CII (anti-CII) are present in around 8% of RA patients. RA patients with anti-CII are characterized by acute RA onset with elevated CRP and early joint erosions at the time of RA onset. Polymorphonuclear granulocytes (PMN) and peripheral blood mononuclear cells (PBMC) are abundant in RA synovial fluids, where they can interact with anti-CII, thus forming immune complexes (IC) with CII. In my thesis I have shown that PMN upregulated the cell surface markers CD66b and CD11b and downregulated CD16 and CD32 after stimulation with anti-CII IC. These changes in CD66b and CD16 associated to joint erosions to a larger extent than did PBMC responses to anti-CII IC. PMN cocultured with PBMC and stimulated with anti-CII IC showed augmented chemokine production that was dependent on TLR4 and functionally active PMN enzymes. This mechanism can lead to accumulation of inflammatory cells in joints of RA patients who are anti-CII positive around the time of RA diagnosis, and may thus help explain the acute onset RA phenotype associated with anti-CII. In a large Swedish RA cohort, anti-CII associated with elevations in clinical and laboratory measures of disease activity at diagnosis and until 6 months, whereas ACPA associated with late inflammation. Anti-CII seropositive RA was associated with improvements in clinical measurements and was negatively associated with smoking in contrast to ACPA that was associated with worseneing of clinical symptoms and associated positively with smoking. Anti-CII levels associated to  HLADRB1*03 and  HLADRB1*01 whereas ACPA showed negative association to HLA-DRB1*03. In a Malaysian RA cohort anti-CII also associated to elevated CRP at the time of diagnosis. Anti-CII seropositive RA represents a distinct phenotype, in many respects representing the converse  to the clinical, genetic and smoking associations described for ACPA. Early determinations of anti-CII in parallel to ACPA predict the inflammatory outcome in RA.

published_or_final_version / abstract / toc / Surgery / Master / Master of Philosophy

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv. / Härtill 5 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2003. / Härtill 4 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Umeå : Umeå universitet, 2006. / Härtill 4 uppsatser.

Chaque individu est exposé quotidiennement à des agents infectieux comme les bactéries, les champignons, les virus et les parasites sans pour autant développer une maladie. Cependant, certains vont développer des infections graves et récurrentes, causées par des microbes dont certains ont un faible pouvoir pathogène pour l’homme. Ceci suggère, qu’il existe entre les individus sensibles et résistants une variabilité au niveau du système immunitaire. Deux types de déficits immunitaires primitifs (DIP) de transmission mendélienne ont été décrits. Les DIP dit « classiques » sont monogéniques et prédisposent majoritairement à une susceptibilité infectieuse à large spectre d’agents pathogènes (un gène, plusieurs infections). Les seconds DIP sont également monogéniques mais sont responsables d’une susceptibilité infectieuse réduite à un groupe de pathogènes (un gène, un seul type d’infection). Chez de nombreux, patients, le défaut génétique responsable de DIP n’est pas identifié. Dans ce contexte, l’objectif de recherche de mon doctorat a été de caractériser deux DIP responsables d’une susceptibilité aux infections bactériennes. J’ai tout d’abord mis en évidence un nouveau mécanisme physiopathologique de la protéine NEMO, régulateur de la voie NF-κB, responsable d’un DIP associé à une dysplasie ectodermale anhidrotique (EDA). Ce mécanisme pathologique est caractérisé par une expression et une structure protéique conservées mais confère sélectivement un défaut de liaison de NEMO à l’ubiquitine, interaction essentielle dans l’activation de la voie NF-κB. Ceci démontre qu’une expression et une structure protéique normales n'excluent en rien un rôle pathologique de mutations dans le gène NEMO, dans un EDA-DIP. Dans un deuxième temps, j’ai mis en évidence un nouveau DIP affectant la voie de l’explosion oxydative spécifiquement dans les polymorphonucléaires et qui confère une susceptibilité sélective aux infections bactériennes de type pyogènes. Le patient étudié est né de parents consanguins et a présenté des infections récurrentes des voies respiratoires supérieures ainsi qu’une cellulite à Staphylococcus epidermidis. Par une approche génétique associant analyse de liaison et séquençage de l'exome, une mutation homozygote rare a été identifiée dans le gène codant NRAMP1. Cette mutation co-ségrège avec la maladie selon un mode de transmission autosomique récessif et altère spécifiquement l’expression de la protéine dans les granulocytes. Ce premier déficit en NRAMP1 décrit chez l’homme, compromet à la fois la voie de l’explosion oxydative et le contrôle de l’infection in vitro par Staphylococcus aureus dans les granulocytes. Cette étude implique NRAMP1 dans l'immunité contre les bactéries pyogènes via son rôle dans la production des espèces réactives de l’oxygène dans les granulocytes. Ce travail ouvre la voie vers un meilleur diagnostique et conseil génétique pour les patients souffrant de PID. / Human populations are exposed to infectious agents such as bacteria, fungi, viruses and parasites on a daily basis without developing any disease. However, a minority of individuals will suffer from infections to some microbes that are usually non-pathogenic to man, or will undergo severe and/or recurrent diseases usually easily treatable for others. This means that there is variability among individuals regarding their immune system, underlined by genetics between susceptible and resistant individuals. Two types of primary immuno deficiencies with a Mendelian mode of inheritance have been described. The first known as the classical primary immunodeficiency and is monogenic and predisposes in general to infections with a broad spectrum of infectious agents (one gene, multiple infections). The second type is also monogenic but predisposes generally to infections limited to a particular group of pathogens (one gene, one type of infection). The aim of my doctoral research was to characterize two new immunodeficiencies. First I highlighted a new physiopathological mechanism of the NEMO protein, a regulator of NF-κB pathway. This defect is characterized by normal protein expression and folding, but a specific defect of NEMO’s ubiquitin binding, which is an essential mechanism for the activation and regulation of the NF-κB pathway. This demonstrates that normal expression and structure of the protein do not exclude a pathological role of NEMO mutations in EDA-ID. I also described a new immune deficiency affecting the respiratory burst pathway in granulocytes which specifically confers a selective susceptibility to pyogenic bacterial infections. We studied a patient who was born from consanguineous parents, and who suffered from recurrent infections of the upper respiratory tract and cellulitis to S. epidermidis. By a genetic approach involving linkage analysis and exome sequencing, I identified a rare homozygous mutation (V484M) in the gene encoding for the NRAMP1 protein that co segregates with the disease with an autosomal recessive transmission. Specifically, this mutation impairs NRAMP1 protein expression in granulocytes, while expression remains normal in other phagocytic cells. NRAMP1 deficiency impairs both the respiratory burst and control of in vitro infection by S. aureus in granulocytes. Therefore, we identified the first NRAMP1 human deficiency. The mutation selectively affects granulocytes and is clinically responsible for pyogenic infections. This study helps to delineate the role of NRAMP1 in immunity against pyogenic bacteria through its involvement in reactive oxygen species production in granulocytes.

La réponse de l’organisme contre un agent pathogène nécessite la mise en jeu d’interactions complexes entre cellules immunitaires et environnement. La matrice extra-cellulaire est remodelée au cours de la réponse immunitaire pour permettre la migration des cellules vers le site infectieux. Les peptides issus de la dégradation de la matrice peuvent influencer les fonctions biologiques des cellules immunitaires. Dans les pathologies impliquant des tissus riches en élastine, les cellules de la réponse inflammatoire et immunitaire, notamment les polynucléaires neutrophiles (PN) et les cellules dendritiques se retrouvent dans un environnement riche en produits issus de la dégradation de l’élastine. Le travail de thèse présenté ici nous a permis de montrer que les peptides d’élastine (PE) régulent les fonctions des PN de sujets sains en augmentant de façon significative leur capacité migratoire, leur capacité à produire des cytokines pro-inflammatoire et à phagocyter les agents pathogènes. Les effets régulateurs des PE sont moindres chez les sujets BPCO et varient en fonction de l’état clinique des patients. Les propriétés biologiques des PN de patients BPCO en exacerbation ne sont pas affectées par les PE. Cette différence de réponse aux PE des PN de patients BPCO à l’état stable ou à l’état exacerbé est proportionnellement liée au niveau d’expression du récepteur S-Gal à la surface des PN. Dans un second travail nous avons montré que les PE sont capables d’attirer les CD au niveau du site infectieux sans influencer la maturation des cellules induite par une activation antigénique. L’effet des PE sur la migration des CD met en jeu le récepteur S-Gal présent à la surface des cellules. Par ailleurs, les PE orientent la réponse cytokinique des CD activées par le LPS vers un profil de type Th-2 et favorisent l’émergence d‟un profil tolérogénique des CD. Ces effets régulateurs des PE sont médiés via l’interaction PE/S-Gal et conduisent au développement d’une réponse adaptative T régulatrice. L’ensemble de ces résultats suggère que les PE participent activement à la régulation de la réponse immunitaire innée et adaptative / Organisme defense against pathogens needs complexe interactions interactions between immune cells and environnement. The extracellular matrix is being remodeled to aloww cells to migrate to infectious site. Peptides generated by this degradation can influence biological fonctions of immune cells. In pathologies involving elastin rich tissue degradation inflammatory and immune cells, especially neutrophils and dendritic cells are in an environnement including numbers of matrix degradation products. This work shows that Elastin Peptides (EP) can regulate the fonctions of neutrophils from healthy subjects, by increasing significantly their migration, their cytokines production and their phagocytic capacity. These EP effects are howeever less important en stable COPD subject and depends on the clinical state of these patients. Indeed the biological properties of neutrophils from COPD patients in exacerbation are not affected by EP. This discrepancy considering the clinical state can be explained by the level of the S-Gal receptor expression. In a second part we have shown the ability of the EP to attract dendritic cell (DC) on the infection site without couetracting DC maturation. This effect involves the S-Gal receptor present on the surface of the cells. EP can also oriente the cytokine production by LPS-induced toward a Th-2 profil and favorise the emergence of DC with tolerogenic features. These effects are mediated throug EP/S-Gal interaction and leads to the developement of a T regulatory response. All of these results suggest that EP are involved in the regulation of innate and adaptative immunity.

Camundongos AIRmax e AIRmin exibem diferenças significativas no número médio de leucócitos migrantes ao exudato inflamatório produzido por partículas de poliacrilamida. Um dos fatores preponderantes para a maior capacidade inflamatória da linhagem AIRmax é a maior produção de neutrófilos maduros pela medula óssea. No presente estudo avaliamos os fatores celulares e moleculares que conferem diferente potencial hematopoético entre as linhagens AIRmax e AIRmin e a associação destes com a intensidade da resposta inflamatória aguda (AIR). Nossos resultados demonstraram que apenas os animais AIRmax desenvolvem uma mielopoese emergencial induzida pelo Biogel com expansão de progenitores mielóides e produção de citocinas nas primeiras horas da inflamação. Desta forma, concluímos que a capacidade dos animais AIRmax de desenvolver uma alta AIR, em relação aos animais AIRmin, esta associada com o potencial de expansão das células progenitoras mielóides, que por sua vez, pode ser determinada pelos fatores solúveis locais produzidos nas primeiras horas da inflamação. / AIRmax and AIRmin exhibit significant differences in the average number of migrant leukocytes and protein content of the inflammatory exudate produced by polyacrylamide beads. One of the most important factors for the inflammatory capacity of AIRmax is the higher production of mature neutrophils by the bone marrow. In the present study we aimed to evaluate the cellular and molecular factors that confer different hematopoietic capacity between AIRmax and AIRmin and the association of these factors with the intensity of the acute inflammatory response (AIR). Our results showed that only animals AIRmax are able to develop an emergency myelopoiesis induced by Biogel presenting expansion of myeloid progenitors and cytokine production in the early hours of inflammation. Thus, we conclude that the ability of the AIRmax mice for developing a high AIR, compared to AIRmin mice, it is associated with the potential of expansion of myeloid progenitor cells, which in turn might be determined by the local soluble factors produced during the first hours of inflammation.