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Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karolinska institutet, 2007. / Härtill 4 uppsatser.

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Platelet secretion is important for hemostasis and thrombosis. The components released are also involved in atherosclerosis, inflammation, angiogenesis, and tumor growth. Though the exact mechanism(s) of platelet secretion is still elusive, accumulating evidence demonstrates that SNAREs (Soluble N-ethylmaleimide Sensitive Factor Associated Receptor) and their regulatory partners are critical for platelet exocytosis. Formation of a trans-bilayer complex composed of one v-SNARE (i.e. VAMPs) and two t-SNAREs (i.e. syntaxin and SNAP-25-type) is minimally required for membrane fusion. Regulatory proteins control the rate and specificity of the complex assembly. VAMP-8 and SNAP-23 (a SNAP-25-type t-SNARE) are clearly important; however, the identity of the functional syntaxin has been controversial. Previous studies, using anti-syntaxin antibodies in permeabilized platelets, suggested roles for both syntaxin-2 and -4. These conclusions were experimentally tested using platelets from syntaxin knockout mice and from a Familial Hemophagocytic Lymphohistiocytosis type 4 (FHL4) patient that lacks syntaxin-11. Platelets from syntaxin-2 and syntaxin-4 single or double knockout mice had no significant secretion defect. However, platelets from the FHL4 patient had a robust defect, though their morphology, activation, and cargo levels appeared normal. Semi-quantitative western blotting showed that syntaxin-11 is the most abundant syntaxin in both human and murine platelets. Co-immunoprecipitation experiments showed that syntaxin-11 forms SNARE complexes with VAMP-8 and SNAP-23. These data conclusively demonstrate that syntaxin-11, but not syntaxin-2, or -4, is required for platelet exocytosis. We also show that a syntaxin binding protein, tomosyn-1, is important for platelet exocytosis and hemostasis. Tomosyn-1 was identified from platelet extracts using affinity chromatography, RT-PCR analysis, and western blotting analysis. Tomosyn-1 was co-immunoprecipitated with syntaxin-11/SNAP-23 from both resting and activated platelet extracts. Platelets from tomosyn-1-/- mice displayed a secretion defect, but their morphology and activation appeared normal. Tomosyn-1-/- mice showed impaired thrombus formation in two different injury models. Given the importance of platelet secretion to hemostasis, it is hoped that the insights gained from these studies in this dissertation will help to identify new and more valuable therapeutic targets to control clot formation.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第20563号 / 医博第4248号 / 新制||医||1022(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 生田 宏一, 教授 髙折 晃史, 教授 前川 平 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第21635号 / 医博第4441号 / 新制||医||1034(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 椛島 健治, 教授 岩田 想, 教授 山田 亮 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DGAM

La lymphohistiocytose hémophagocytaire (HLH) est une maladie hyper-inflammatoire rare, mais potentiellement mortelle affectant surtout les jeunes enfants. Il existe deux formes de HLH : primaire et secondaire. La HLH primaire est causée par une mutation des gènes impliqués dans la voie cytotoxique médiée par les granules, alors que la HLH secondaire se développe en raison d’une condition préexistante, telle qu’un cancer, une infection chronique ou une transplantation. La HLH est caractérisée par le développement d’inflammation extrême, une production excessive de cytokines inflammatoires ainsi qu’une infiltration tissulaire massive par des lymphocytes T et des macrophages activés. À ce jour, le traitement de la HLH consiste d’abord à réduire l’inflammation à l’aide d’agents de chimiothérapie hautement toxiques et de corticostéroïdes, puis à procéder à une transplantation de cellules souches hématopoïétiques (CSH) chez les patients atteints de HLH primaire, le seul traitement disponible permettant la rémission de ces patients. Toutefois, les thérapies actuelles ne parviennent pas toujours à réduire l’inflammation extrême chez plusieurs patients atteints de HLH, si bien que le taux de mortalité avant la transplantation de CSH est toujours d’environ 20% à 25%. C’est pourquoi le développement de nouveaux traitements anti-inflammatoires, plus efficaces, représenterait une avancée majeure dans le traitement de la HLH. Des études dans des modèles murins avaient déjà démontré que l’utilisation d’anticorps bloquants ciblant l’IFNg (anti-IFNg) ou de ruxolitinib, un inhibiteur de JAK1/2 (« janus activated kinases 1/2 »), pouvait améliorer efficacement, quoique partiellement, les manifestations de la HLH. Nous avons donc émis l’hypothèse que l’utilisation d’une thérapie combinée ciblant des cytokines JAK-dépendantes et indépendantes serait plus efficace qu’une monothérapie pour diminuer les symptômes de la HLH. À l’aide d’un modèle murin déficient pour le gène de la perforine (PKO), nous avons comparé les effets de l’inhibition de l’IL-6 et de l’IL-18, deux cytokines fortement sécrétées dans la HLH, en combinaison avec soit de l’anti-IFNg ou du ruxolitinib. Nous avons aussi vérifié l’efficacité d’une thérapie combinée d’anti-IFNg et de ruxolitinib sur les manifestations de la HLH. Nos travaux ont montré que l’anti-IL-6R et l’anti-IL-18, lorsque combinés avec de l’anti-IFNg ou du ruxolitinib, amélioraient légèrement, mais pas de manière significative, les symptômes de la HLH. Par contre, l’utilisation d’une thérapie combinant du ruxolitinib avec de l’anti-IFNg générait un important effet de synergie sur la résolution des symptômes. Notre étude démontre que l’anti-IFNg et le ruxolitinib, même s’ils sont efficaces par eux-mêmes, devraient être utilisés en combinaison afin de prévenir la progression de la HLH. Cette étude est particulièrement pertinente puisque l’anti-IFNg a récemment été approuvé par la FDA pour le traitement de la HLH tandis que le ruxolitinib est présentement à l’étude chez l’humain. / Hemophagocytic lymphohistiocytosis (HLH) is a rare, life-threatening hyper-inflammatory disease affecting mainly young children. There are two types of HLH : primary and secondary. Primary HLH is caused by defects in genes of the perforin-granzyme cytotoxic pathway, whereas secondary HLH develops following a pre-existing underlying condition, such as a cancer, a chronic infection or a transplantation. HLH is characterized by extreme inflammation, a very high secretion of inflammatory cytokines and a massive tissue infiltration by activated T cells and macrophages. Currently, treatment for HLH consists of reducing the inflammation with a course of highly toxic chemotherapy agents and corticosteroids, followed by hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) for patients with primary HLH, which is the only available curative treatment for these patients. However, current therapies often fail to properly manage the extreme inflammation of HLH in many patients, so that the pre-HSCT fatality still stands around 20% to 25%. Thus, the development of new, more potent anti-inflammatory treatments would be a major advance in the treatment of HLH. It had already been shown in relevant mouse models that blocking antibodies targeting IFNg (anti-IFNg) or ruxolitinib, a Janus activated kinase 1/2 (JAK1/2) inhibitor, could efficiently, but partially, improve the pathological manifestations of HLH. Thus, we hypothesized that combined therapies targeting both JAK-dependent and independent cytokines would be more effective than either one alone to reduce the symptoms of this pathology. Using a perforin knock-out (PKO) mouse model, we compared the effects of targeting IL-6 and IL-18, which are highly expressed cytokines during HLH, in combination with either anti-IFNg or ruxolitinib. We also tested the efficacy of a therapy combining anti-IFNg with ruxolitinib on the manifestations of HLH. We found that anti-IL-6R and anti-IL-18, when used in combination with either anti-IFNg or ruxolitinib, showed small, but not significant improvements on the pathological manifestations of HLH. However, combination therapy using ruxolitinib and anti-IFNg showed a major synergistic effect on the resolution of the symptoms of HLH. Our findings support that anti-IFNg and ruxolitinib, although effective independently, should be used in combination to suppress HLH progression. This is particularly relevant since the former was recently approved for treating HLH while the latter is in clinical trials.

Le dysfonctionnement de l'exocytose des granules cytotoxiques est responsable d'une susceptibilité accrue aux pathogènes intracellulaires qui s'accompagne de l'activation continue et anarchique des lymphocytes cytotoxiques et des macrophages. Ce phénomène conduit à la lymphohistiocytose hémophagocytique (HLH), un syndrome auto-inflammatoire fatal en absence d'intervention thérapeutique. Les mutations des gènes codant pour la perforine (PRF-1) ou pour certaines des protéines impliquées dans la biogénèse ou le transport vésiculaire des granules cytotoxiques sont causales des formes familiales ou primaires de la HLH (FHL). La HLH fait également partie des complications secondaires aux infections à herpesviridae et à certains désordres immunologiques importants tels que l'arthrite juvénile idiopathique (SoJIA). Au moment d'entreprendre les travaux présentés dans ce manuscrit, le premier cas de HLH induite par une mutation menant à l'activation constitutive de la composante NLRC4 de l'inflammasome était décrit. L'inflammasome est une structure multimérique composée d'un récepteur cytosolique, de la protéine échafaud ASC et de la Caspase-1. Son activation mène à la maturation des pro-formes de l'IL-1β et l'IL-18 ainsi qu'à leur sécrétion. L'activation constitutive de NLRC4 étant suffisante au déclenchement de la HLH, nous avons tenté de comprendre si cette structure y était essentielle dans le cadre des défauts génétiques de cytotoxicité. Nous avons donc invalidé la protéine ASC ou Caspase-1 dans le modèle murin de HLH déficient pour la perforine (PRF1 -/-). Nous avons également testé l'hypothèse qu'un déficit de cytotoxicité pouvait expliquer le développement de la HLH chez les patients souffrant de SoJIA. Nos résultats montrent que l'inflammasome est nécessaire à la production d'IL-18 lors de la HLH mais qu'il n'est pas essentiel au développement de la maladie dans le cadre des FHL. Par ailleurs, nous montrons que la cytotoxicité des cellules NK semble normale chez les patients atteints de SoJIA, ce qui suggère que les mécanismes immunologiques à l'origine de la HLH dans les FHL et dans les maladies autoinflammatoires comme la SoJIA sont distincts. Dans la seconde partie de ce manuscrit, nous avons étudié sur le rôle de la sérine/thréonine/tyrosine kinase Styk1 dans la régulation des lymphocytes cytotoxiques NK. Ces derniers sont responsables du contrôle immunitaire précoce des pathogènes intracellulaires et contribuent à l'immunosurveillance des cellules tumorales. Suite à leur activation, ils relâchent de très grandes quantités d'IFN-y et de TNF-α, faisant ainsi le lien entre l'immunité innée et adaptative. La reconnaissance des cellules cibles par les lymphocytes NK est gouvernée par l'expression d'un éventail de récepteurs qui transduisent des signaux, activateurs ou inhibiteurs, et dont la balance se traduit par l'activation ou la tolérance. Ces récepteurs sont codés au sein de deux complexes génétiques très denses, le complexe de cytotoxicité naturelle (NCR) et le complexe des récepteurs des leucocytes (LRC). Au moment de commencer ces travaux, nous avions révélé que l'expression de la kinase Styk1 fait partie de la signature transcriptionnelle des lymphocytes NK. Sa fonction dans le système immunitaire demeure toutefois inconnue. Néanmoins, la localisation génétique favorable de Styk1, près du NCR, ainsi que son implication dans la voie PI3K-AKT, en faisaient un candidat potentiel de régulation des lymphocytes NK. Afin de connaître le rôle de Styk1 dans le développement et les fonctions effectrices des lymphocytes NK, nous avons donc généré une souris pour laquelle Styk1 est invalidé. Nos résultats confirment que Styk1 est exprimée de façon spécifique par les cellules NK. Nous avons également détecté une diminution de l'activité constitutive de la voie AKT/mTOR dans les cellules NK, mais le développement, l'homéostasie et la fonction des cellules NK sont cependant normaux dans les souris déficientes en Styk1 / Upon recognition of infected or target cells, CD8+ T and Natural Killer (NK) lymphocytes initiate a polarized degranulation of vesicle storing cytotoxic molecules (perforin: PRF1 and granzyme B). By altering the target cell’s cellular membrane integrity, perforine allows granzyme B to translocate to its cytosol. Genetic anomalies may affect normal cytotoxic functions and severely hamper the control of intracellular pathogens. In this context, the pathogenic signal remains uninterrupted and both cytotoxic lymphocytes and macrophages are continuously stimulated. This auto-inflammatory pathological condition is named hemophagocytic lymphohistiocytosis (HLH) and is fatal without therapeutic intervention. HLH can also occur secondary to infection with viruses from the herpesviridae family, or be concomitant to important immune alterations such as systemic onset juvenile idiopathic arthritis (SoJIA), with no clear etiological cause identified. In 2014, a case of HLH mediated by the constitutive activation of the NLRC4 inflammasome receptor was first described. The inflammasome is a multimeric structure involving a cytosolic receptor, a scaffold protein – ASC – and Caspase-1. In the immune system, the inflammasome is expressed in macrophages and dendritic cells and senses pathogenic (PAMP) and danger (DAMP) associated signals. Once activated, inflammasome’s protein Caspase-1 catalyzes the maturation of pro-IL-1b and pro-IL-18 and leads to their secretion. Since NLRC4 constitutive activation appears to be sufficient for triggering HLH, we aimed to understand if the inflammasome structure was essential to the development of the syndrome. In order to address this question, we invalidated the inflammasome through the abrogation of ASC or Caspase-1 in PRF1 -/- HLH mouse model. We also tested the hypothesis that an altered cytotoxic function could explain the high prevalence of HLH in the proinflammatory context of SoJIA. The results we present here show that the inflammasome is responsible for the elevated levels of IL-18 in the serum of HLH patients. However, the inflammasome is facultative for its development. We also demonstrate that in patients suffering from SoJIA, NK cells show normal cytotoxicity, suggesting that immunological mechanisms involved in FHL and secondary HLH are distinct. In the second part of this manuscript, we aim at understanding the role of Styk1 serine/threonine/tyrosine kinase in NK cells’ regulation. NK cells are in charge of eliminating stressed, virally infected or transformed cells. Upon activation, they secrete large amounts of IFN-γ and TNF-α, thus bridging innate and adaptive immunity. Capabilities for recognition of target cells is endowed by the expression of numerous stochastically expressed activating and inhibitory receptors. The balance between activating and inhibitory signal allows for self-tolerance or activation upon engagement of abnormal cells. Activating and inhibitory receptor are germline encoded in two dense, large complexes, the Natural Killer Complex (NKC) and the Leukocyte Receptor Complex (LRC). At the moment of starting this work, we had recently identified that Styk1 was a signature transcript of NK cells. However, its function in NK cells and more generally in the immune system remains unknown. Nevertheless, its genetic localisation near the NKC and its potential implication in the PI3K-AKT pathway prompt that it may play a role in NK cell development and/or functions. In order to evaluate the role of Styk1 in NK cells’ regulation, we generated a mouse model in which its expression is abrogated. Our data confirms that amongst all immune subsets, Styk1 is specifically expressed by NK cells. Styk1 was also able to discriminate NK cells from other ILCs. In this study, we show that Styk1 invalidation lead to a decrease of activity in the AKT/mTOR pathway. However, NK cells development, homeostasis and function were surprisingly normal in Styk1 -/- mice