<p>Southern Africa is facing one of the most serious HIV epidemics. This project contributes to the HIVNET, Network for Prevention Trials cohort for vaccine development. HIV’s biology and rapid mutation rate have made vaccine design difficult. We examined HIV-1 subtype C diversity and how it relates to CTL epitope location along viral gag sequences. We found a negative correlation between codon sites under positive selection and epitope regions / suggesting epitope regions are evolutionarily conserved. It is possible that epitopes exist in non-conserved regions, yet fail to be detected due to the reference strain diverging from the circulating viral population. To test if CTL clustering is an artifact of the reference strain, we calculated differences between the gag codons and the reference strain. We found a weak negative correlation, suggesting epitopes in less conserved regions maybe evading detection. Locating conserved and optimal epitopes that can be recognized by CTLs is essential for the design of vaccine reagents.</p>

<p>Southern Africa is facing one of the most serious HIV epidemics. This project contributes to the HIVNET, Network for Prevention Trials cohort for vaccine development. HIV’s biology and rapid mutation rate have made vaccine design difficult. We examined HIV-1 subtype C diversity and how it relates to CTL epitope location along viral gag sequences. We found a negative correlation between codon sites under positive selection and epitope regions / suggesting epitope regions are evolutionarily conserved. It is possible that epitopes exist in non-conserved regions, yet fail to be detected due to the reference strain diverging from the circulating viral population. To test if CTL clustering is an artifact of the reference strain, we calculated differences between the gag codons and the reference strain. We found a weak negative correlation, suggesting epitopes in less conserved regions maybe evading detection. Locating conserved and optimal epitopes that can be recognized by CTLs is essential for the design of vaccine reagents.</p>

Magister Scientiae - MSc / Southern Africa is facing one of the most serious HIV epidemics. This project contributes to the HIVNET, Network for Prevention Trials cohort for vaccine development. HIVÂ’s biology and rapid mutation rate have made vaccine design difficult. We examined HIV-1 subtype C diversity and how it relates to CTL epitope location along viral gag sequences. We found a negative correlation between codon sites under positive selection and epitope regions; suggesting epitope regions are evolutionarily conserved. It is possible that epitopes exist in non-conserved regions, yet fail to be detected due to the reference strain diverging from the circulating viral population. To test if CTL clustering is an artifact of the reference strain, we calculated differences between the gag codons and the reference strain. We found a weak negative correlation, suggesting epitopes in less conserved regions maybe evading detection. Locating conserved and optimal epitopes that can be recognized by CTLs is essential for the design of vaccine reagents. / South Africa

Carcinomatose péritonéale est un terme utilisé pour désigner la dissémination métastatique généralisée du cancer dans la cavité péritonéale. Il se caractérise par l’accumulation de liquide appelé « ascite » et est considéré comme étant au stade terminal du cancer, car il est difficile à traiter. L'ascite accumulée dans la PC comprend des cellules tumorales, cytokines et cellules immunitaires. Les cellules cancéreuses expriment des protéines spécifiques qui les aident à supprimer les cellules immunitaires et à survivre, appelées points de contrôle immunitaires. Des points de contrôle immunitaires sont présents pour réguler le système immunitaire et sont cruciaux contre la tolérance de soi. PD-1 / PD-L1 et CTLA-4 sont des voies de contrôle immunitaire bien établies adaptées au cancer pour échapper à l'immunité. Récemment, HLA-G a été reconnu comme un point de contrôle et il a été constaté que la survie globale était diminuée dans plusieurs types de cancers solides.Au cours de ma thèse, nous avons évalué l'expression de HLA-G dans la carcinomatose ovarienne. Nous avons constaté que les cellules cancéreuses dans l'ascite de presque tous les patients atteints de carcinomatose ovarienne exprimaient HLA-G. De plus, des taux croissants de sHLA-G1 et de HLA-G5 ont été trouvés dans les ascites. Cette présence de sHLA-G s'est révélée être corrélée positivement avec les Tregs et en corrélation négative avec les cellules T cytotoxiques (CD8) et les cellules NK. De plus, nous avons constaté que les ascites peuvent induire l’expression de HLA-G dans des «Hospicells» via des cytokines inflammatoires. Parmi les cytokines inflammatoires, le TGF-β et IL-1β ont une importance capitale dans l’induction de HLA-G. En outre, nous avons constaté que IL-1β implique la voie NF-κB. Dans une cohorte distincte de carcinomatose péritonéale, composée de patients atteints de PC d'origine différente, nous avons constaté que le groupe de cellules cancéreuses dans l'ascite avait une expression génique hétérogène de PD-L1, CTLA-4 et HLA- G. En outre, nous avons constaté que tous les patients présentaient des taux solubles de HLA-G et PD-L1 dans leur ascite. Cependant, seulement 5 patients présentaient des taux de CTLA-4 solubles dans leur ascite. De plus, nous avons trouvé une très forte corrélation positive entre le niveau de gène de PD-L1 et de CTLA-4, alors qu'aucune corrélation n'a été trouvée pour HLA-G avec PD-11 et CTLA-4 suggérant que HLA-G agit indépendamment des deux points de contrôle immunitaires. En outre, nous avons évalué l'expression de ces points de contrôle immunitaires par des nodules de cancer présents sur la membrane péritonéale. Nous avons trouvé une faible expression de HLA-G et PD-L1, mais la moitié des échantillons étaient fortement positifs pour sHLA-G. Nous avons également constaté que le sHLA-G pouvait être absorbé par l'ascite par la couche mésothéliale. Cette sHLA-G absorbée peut fournir un environnement immunosuppresseur pour la fixation des grappes de cellules cancéreuses à la membrane péritonéale. In vitro, nous avons constaté que l'ascite peut exercer une action immunosuppressive et retarder la lyse des cellules cancéreuses par les cellules immunitaires.De plus, nous avons constaté que la différenciation des cellules cancéreuses se traduit par une augmentation des propriétés immunosuppressives par une expression accrue de HLA-G ou PD-L1. En outre, l'expression de HLA-G et PD-L1 dépend de la phase du cycle cellulaire. Les cellules cancéreuses, si elles sont bloquées dans les cellules mitotiques, expriment des niveaux élevés de HLA-G et de PD-L1, tandis qu'une expression plus faible a été observée en phase G1. Par conséquent, nous suggérons d’éviter l’utilisation d’inhibiteurs de la mitose car ils pourraient augmenter la suppression immunitaire du cancer. De plus, le Ki-67 étant directement lié à l'index mitotique, nous suggérons de développer une échelle de Ki-67 pour évaluer le profil d'immunosuppresseur des patients cancéreux. / Peritoneal carcinomatosis (PC) is a term used for widespread metastatic dissemination of cancer to the peritoneal cavity. It is characterized by the accumulation of fluid called “ascites” and is considered a terminal stage of cancer, as it is hard to treat. The overall survival rate for untreated patients is six-months. However, owing to modern techniques like HIPEC, the survival rate can be increased up to five years. The ascites accumulated in PC, consists of tumor cells, cytokines and immune cells. Cancer cells express specific proteins to suppress immune cells activity and their attack, known as immune checkpoints. PD-1/PD-L1 and CTLA-4 are well established immune checkpoint pathways adapted by cancer in evading immunity. Recently, HLA-G has been recognized as an immune checkpoint and has been found to decrease overall survival in several types of solid cancers. We evaluated the expression of HLA-G in ascites from ovarian carcinomatosis. We found that HLA-G is expressed by cancer cells in ascites from all of the patients(n=16) with ovarian carcinomatosis. Moreover, increased levels of sHLA-G1 and HLA-G5 were found in ascites. This presence of sHLA-G isoforms was found to be positively correlated with Tregs and negatively correlated with cytotoxic T-cells (CD8) and NK-cells suggesting the role of HLA-G in immune suppression. Further, we found that ascites can induce the expression of HLA-G in “Hospicells” via inflammatory cytokines. Among the inflammatory cytokines, TGF-β and IL-1β are of crucial importance in HLA-G induction with IL-1β being more potent compared to TGF-β. Further, we found that IL-1β induces HLA-G expression through NF-κB pathway.In a separate cohort of peritoneal carcinomatosis(n=27), consisting of patients with cancer from a different origin, we found that cancer cell cluster in ascites (n=23) had a heterogeneous gene expression of PD-L1, CTLA-4 and HLA-G. Further, we found that all of the patients presented soluble levels of HLA-G in their ascites. However, one patient was negative for soluble PD-L1 and only 5 patients presented soluble CTLA-4 levels in their ascites. This heterogeneity explains why some of the patients respond to immune therapy while others don’t. This also suggests the need for prescreening patients before immune therapy. Moreover, we found a very strong positive correlation (rs=0.793) between gene level of PD-L1 and CTLA-4, while no correlation was found for HLA-G with PD-L1 and CTLA-4 suggesting that HLA-G acts independently of both the immune checkpoints. Also, we evaluated the expression of these immune checkpoints by cells in peritoneal tissue (n=20). We found low expression of HLA-G and PD-L1, but the majority of the samples were found strongly positive for sHLA-G presence. This sHLA-G can provide an immune-suppressive environment for the attachment of the cancer cell clusters to the peritoneal membrane to form cancer nodule. Additionally, we developed an in-vitro cytotoxicity assay to show that the ascites can provide the immune-suppressive action by interfering with immune cell interaction and delaying the lysis of cancer cells by the immune cells.In parallel, we found that the differentiation of the cancer cells results in increased expression of immune checkpoints like HLA-G or PD-L1. This may render these cells more immune resistant and can protect against immune attack. However, in-vivo mice model is needed to study the oncogenic potential of these differentiated cells. Further, we report that the expression of HLA-G and PD-L1 is dependent on the cell cycle phase. The cancer cells, if blocked in mitotic phase express high levels of HLA-G and PD-L1, while lowest expression was observed in G1-phase. Therefore, we suggest avoiding the use of mitotic inhibitors as it may increase the immune suppression of cancer. Moreover, as Ki-67 is directly related to the mitotic index, we suggest developing a Ki-67 scale to evaluate the immune-suppressive profile of cancer patients.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:16:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HeglaynePVS_DISSERT.pdf: 2645894 bytes, checksum: da2c7ec39b2e87b75a199511857a4e83 (MD5) Previous issue date: 2013-03-27 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Of all of the genes associated with the development of Diabetes mellitus type 1 (T1D), the largest contribution comes from the genes in the Human Leukocyte Antigen (HLA) region, mostly the class II DR e DQ genes. Specific combinations of alleles DRB1, DQA1 and DQB1 constituting haplotypes, and further, a combination of more than one haplotype, providing multilocus genotypes are associated with susceptibility, protection and neutrality to DM1. Thus, the aim of present study was to verified the association of polymorphisms of HLA genes class II with susceptibility to type 1 diabetes mellitus (T1D). Ninety-two patients with T1D and 100 individuals normoglycemics (NG) aged between 6 and 20 years were studied. Genomic DNA was obtained from peripheral whole blood, collected in EDTA tube, using the extraction kit Illustra Triple Prep?, GE Healthcare. For HLA typing was used DNA LABType system by One Lambda kit applying Luminex? technology to the method of PCRSSO typing reverse. The alleles DRB1*03:01, *04:05, *04:01, *04:02, DQA1*03:01g, *05:01g, DQB1*02:01g, *03:02, the haplotypes DRB1*03:01-DQA1*05:01-DQB1*02:01, DRB1*04:05-DQA1*03:01g-DQB1*03:02, DRB1*04:02-DQA1*03:01g-DQB1*03:02, DRB1*04:01-DQA1*03:01g-DQB1*03:02 and DR3-DQ2/DR4-DQ8 genotype were significantly associated with the chance of developing T1D. The alleles DRB1*11:01, *15:03, *15:01, *13:01, DQA1*01:02, *04:01g, *01:03, DQB1*06:02, *03:01g, *06:03, *04:02, the haplotypes DRB1*11:01-DQA1*05:01-DQB1*03:01, DRB1*13:01-DQA1*01:03-DQB1*06:03 and DRX-DQX/DRX-DQX genotype, formed by other than the DR3-DQ2 or DR4-DQ8 haplotypes, were significantly associated with T1D protection Despite the major racial Brazilian, even at the regional level, these results are similar to the majority of alleles, genotypes and haplotypes of HLA class II-related susceptibility or resistance to T1D, extensively described in the literature for Caucasian population. Children with age at diagnosis less than 5 years of age had significantly higher frequency of the heterozygous genotype DR3-DQ2/DR4-DQ8 compared to children with age at diagnosis than 5 years old. These results also demonstrate strong association of the genetic profile of the class II HLA for this age group, possibly associated with the severity and rapid progression to the onset of T1D. The knowledge of HLA class II genes may be useful in genetic screens that allow the prediction of T1D / De todos os genes j? relacionados com o desenvolvimento do Diabetes mellitus tipo 1 (DM1), a maior contribui??o vem da regi?o do genoma onde est?o localizados os genes do Ant?geno Leucocit?rio Humano (HLA), sobretudo os genes da classe II do HLA: DR e DQ. Espec?ficas combina??es de alelos DRB1, DQA1 e DQB1 formando hapl?tipos, e ainda, a combina??o de mais de um hapl?tipo, formando gen?tipos multilocus s?o associados com a susceptibilidade, neutralidade e prote??o ao DM1. Dessa forma, o objetivo do estudo foi verificar a associa??o dos polimorfismos dos genes do complexo HLA classe II com a susceptibilidade ao DM1, em pacientes do Rio Grande do Norte. Foram estudados 92 indiv?duos com DM1 e 100 indiv?duos normoglic?micos (NG), com idade entre 6 e 20 anos. O DNA gen?mico foi obtido a partir do sangue total perif?rico, coletado em tubo com EDTA, utilizando o kit de extra??o Illustra Triple Prep?, GE Healthcare. Para a tipagem do HLA foi utilizado o sistema DNA LABType atrav?s de kits One Lambda, que aplica a tecnologia Luminex? ao m?todo de tipagem por PCR-SSO reverso. Os alelos DRB1*03:01, *04:05, *04:01, *04:02; DQA1*03:01g, 05:01g; DQB1*02:01g, *03:02; os hapl?tipos DRB1*03:01-DQA1*05:01-DQB1*02:01, DRB1*04:05-DQA1*03:01g- DQB1*03:02, DRB1*04:02-DQA1*03:01g-DQB1*03:02, DRB1*04:01-DQA1*03:01g- DQB1*03:02 e o gen?tipo heterozigoto, DR3-DQ2/DR4-DQ8 foram significativamente associados com a chance de desenvolvimento do DM1. J? os alelos DRB1*11:01, *15:03, *15:01, *13:01; DQA1*01:02, *04:01g, *01:03; DQB1*06:02, *03:01g, *06:03, *04:02; os hapl?tipos DRB1*11:01-DQA1*05:01-DQB1*03:01, DRB1*13:01-DQA1*01:03-DQB1*06:03 e o gen?tipo DRX-DQX/DRX-DQX, formado por outros hapl?tipos que n?o DR3-DQ2 ou DR4-DQ8, foram significativamente associados a prote??o ao DM1. Apesar da grande miscigena??o racial brasileira, at? em n?vel regional, estes resultados s?o semelhantes a maioria dos alelos, hapl?tipos e gen?tipos de HLA classe II relacionados ? susceptibilidade ou prote??o ao DM1, extensivamente descritos na literatura para a popula??o caucasiana. Crian?as com idade ao diagn?stico inferior a 5 anos de idade apresentaram significativamente maior frequ?ncia do gen?tipo heterozigoto DR3-DQ2/DR4-DQ8, quando comparada ?s crian?as com idade ao diagn?stico superior a 5 anos de idade. Esses resultados demonstram tamb?m forte envolvimento do perfil gen?tico da classe II do HLA para esta faixa et?ria, que estaria relacionada possivelmente com a gravidade e a r?pida progress?o para o in?cio do DM1. O conhecimento dos genes HLA de classe II pode ser ?til em triagens gen?ticas que possibilitem a predi??o do DM1

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La présentation d'antigène par les molécules d'histocompatibilité majeure de classe I (CMHI) permet au système immunitaire adaptatif de détecter et éliminer les agents pathogènes intracellulaires et des cellules anormales. La surveillance immunitaire est effectuée par les lymphocytes T CD8 qui interagissent avec le répertoire de peptides associés au CMHI présentés à la surface de toutes cellules nucléées. Les principaux gènes humains de CMHI, HLA-A et HLA-B, sont très polymorphes et par conséquent montrent des différences dans la présentation des antigènes. Nous avons étudié les différences qualitatives et quantitatives dans l'expression et la liaison peptidique de plusieurs allotypes HLA. Utilisant la technique de cytométrie de flux quantitative nous avons établi une hiérarchie d'expression pour les quatre HLA-A, B allotypes enquête. Nos résultats sont compatibles avec une corrélation inverse entre l'expression allotypique et la diversité des peptides bien que d'autres études soient nécessaires pour consolider cette hypothèse. Les origines mondiales du répertoire de peptides associés au CMHI restent une question centrale à la fois fondamentalement et dans la recherche de cibles immunothérapeutiques. Utilisant des techniques protéogénomiques, nous avons identifié et analysé 25,172 peptides CMHI isolées à partir des lymphocytes B de 18 personnes qui exprime collectivement 27 allotypes HLA-A,B. Alors que 58% des gènes ont été la source de 1-64 peptides CMHI par gène, 42% des gènes ne sont pas représentés dans l'immunopeptidome. Dans l'ensemble, l’immunopeptidome présenté par 27 allotypes HLA-A,B ne couvrent que 17% des séquences exomiques exprimées dans les cellules des sujets. Nous avons identifié plusieurs caractéristiques des transcrits et des protéines qui améliorent la production des peptides CMHI. Avec ces données, nous avons construit un modèle de régression logistique qui prédit avec une grande précision si un gène de notre ensemble de données ou à partir d'ensembles de données indépendants génèrerait des peptides CMHI. Nos résultats montrent la sélection préférentielle des peptides CMHI à partir d'un répertoire limité de produits de gènes avec des caractéristiques distinctes. L'idée que le système immunitaire peut surveiller des peptides CMHI couvrant seulement une fraction du génome codant des protéines a des implications profondes dans l'auto-immunité et l'immunologie du cancer. / Antigen presentation by major histocompatibility complex class I (MHCI) molecules allows the adaptive immune system to detect and eliminate intracellular pathogens or abnormal cells. Immune surveillance is executed by CD8 T cells that monitor the repertoire of MHCI-associated peptides (MAPs) presented at the surface of all nucleated cells. The primary human MHCI genes, HLA-A and HLA-B, are highly polymorphic and consequentially demonstrate differences in antigen presentation. We investigated qualitative and quantitative differences in expression and peptide binding. Using quantitative flow cytometry we establish clear hierarchy of expression for the four HLA-A,B allotypes investigated. Our results are consistent with an inverse correlation between expression and peptide diversity although further work is necessary to solidify this hypothesis. The global origins of the MAP repertoire remains a central question both fundamentally and in the search for immunotherapeutic targets. Using proteogenomics, we identified and analyzed 25,172 MAPs isolated from B lymphocytes of 18 individuals who collectively expressed 27 HLA-A,B allotypes. While 58% of genes were the source of 1-64 MAPs per gene, 42% of genes were not represented in the immunopeptidome. Overall, we estimate the immunopeptidome presented by 27 HLA-A,B allotypes covered only 17% of exomic sequences expressed in subjects’ cells. We identified several features of transcripts and proteins that enhance MAP production. From these data we built a logistic regression model that predicts with high accuracy whether a gene from our dataset or from independent datasets would generate MAPs. Our results show preferential selection of MAPs from a limited repertoire of gene products with distinct features. The notion that the immune system can monitor MAPs covering only a fraction of the protein coding genome has profound implications in autoimmunity and cancer immunology.

La présentation de l’antigène est un mécanisme par lequel les cellules nucléées présentent un court peptide sur la molécule de classe 1 du Complexe Majeur d’Histocompatibilité (CMH-1) codée par les gènes « antigènes d’histocompatibilité humains ». Le terme “immunopeptidomique” est utilisé pour décrire l’ensemble des peptides associés aux molécules du CMH-1. Les cellules T CD8+ patrouillent l’organisme, s’attachent à la molécule CMH-1 par leur récepteur T et détruisent les cellules affichant un peptide atypique. Ce domaine présente un grand intérêt au niveau du traitement des infections virales et dans la conception de vaccins. Compte tenu que les coronavirus ont été à l’origine de trois épidémies durant les 20 dernières années, et que de multiples souches circulent chez l’humain ainsi que dans le règne animal, il est impératif de développer des vaccins universels qui pourrait prévenir de futurs événement épidémiologiques mondiaux reliés aux coronavirus. L’immunopeptidomique souffre d'un manque de protocoles normalisés et de contrôle et d’assurance de la qualité des échantillons afin de libérer tout son potentiel dans la recherche biomédicale. Dans le cadre de cette étude, la spectrométrie de masse, la cytométrie de flux et des approches bio-informatiques ont été utilisées pour développer des protocoles de contrôle de qualité pour la caractérisation de l’immunopeptidome de cellules infectées par les coronavirus. Nous avons isolé et analysé l’immunopeptidome de cellules MRC-5 avant et après infection par le coronavirus humain OC-43. En plus d’observer une forte baisse de l’abondance des molécules HLA et de la variété des peptides présentés après l’infection, 9 peptides viraux ont été isolés à partir des molécules du CMH-1. Ces peptides pourraient être utilisés afin de contribuer à formuler un vaccin pan-coronavirus qui élicite une réponse balancée entre la réponse humorale et la réponse cytotoxique. / Antigen presentation is a mechanism by which nucleated cells present a short peptide on the Major Histocompatibility Complex (MHC-1) class 1 molecule encoded by the “human histocompatibility antigen” genes. The term "immunopeptidomics" is used to describe the set of peptides associated with MHC-1 molecules. CD8+ T cells patrol the body, attach to the MHC-1 molecule through their T receptor and destroy cells displaying an atypical peptide. This field is of great interest in the treatment of viral infections and in vaccine design. Given that coronaviruses have been responsible for three epidemics in the last 20 years, and that multiple strains circulate in humans and animals, it is imperative to develop universal vaccines that could prevent future global epidemiological events related to coronaviruses. Immunopeptidomics suffers from a lack of standardized protocols and sample quality control and assurance to unleash its full potential in biomedical research. In this study, mass spectrometry, flow cytometry, and bioinformatics approaches were used to develop quality control protocols for characterizing the immunopeptidome of coronavirusinfected cells. We isolated and analyzed the immunopeptidome of MRC-5 cells before and after infection with human coronavirus OC-43. In addition to observing a strong decrease in the abundance of HLA molecules and in the variety of peptides presented after infection, 9 viral peptides were isolated from MHC-1 molecules. These peptides could be used to help formulate a pan-coronavirus vaccine that elicits a balanced response between humoral and cytotoxic responses.