Opioids are powerful analgesics. Despite their high efficacy for the management of moderate to severe pain, their clinical utility is limited due to the occurrence of adverse effects. The main problem associated with opioid use is the differential rate of tolerance development to the various pharmacological effects of opioids, with tolerance to respiratory depression occurring at a slower rate than analgesic and euphoric effects. The development of analgesic tolerance, where the efficacy of the drug progressively diminishes with repeated administration, requires higher doses of the drug to achieve a maximum effect. Reports have implicated inflammation as a major driver of analgesic tolerance development. With surmounting evidence that the prototypical opioid, morphine induces pro-inflammatory cytokine release in the brain, spinal cord, and gastrointestinal tract, a question arises of whether pro-inflammatory cytokine release in the gut as a result of chronic morphine treatment is paralleled with the development of morphine antinociceptive tolerance. This dissertation investigated the rate at which antinociceptive tolerance to various doses of morphine developed to a different degree in the presence of colonic inflammation. Using a mouse model, colonic inflammation was induced with 2,4,6-Trinitrobenzenesulfonic acid (TNBS) and then the mice were pelleted with 25 mg, 50 mg (2x25), or 75 mg morphine pellet. Antinociceptive tolerance to morphine was determined in a warm-water tail-immersion assay upon an administration of a morphine challenge dose (10 mg/kg). Inflammatory cytokine expressions and protein levels were measured from whole colon using qPCR and ELISA, respectively. Morphine antinociceptive tolerance was significantly enhanced in the presence of colonic inflammation in a dose and time dependent manner. With a daily injection of 0.5 mg/kg peripheral opioid receptor antagonist 6β-N-heterocyclic substituted naltrexamine derivative (NAP), mice pelleted with 25 mg, 50 mg (2x25), or 75 mg morphine pellets were tested on day 5, 4, or 3, respectively. Tolerance to morphine as well as the enhanced tolerance observed in the presence of colonic inflammation was prevented with daily NAP treatment. However, NAP did not block morphine-induced or TNBS-induced inflammation. Collectively, our findings indicate that inflammation is a major modulator of morphine antinociceptive tolerance and peripheral opioid receptors may be responsible for mediating antinociceptive tolerance.

Traumatic brain injury (TBI) induces a state of microglialactivation, which includes upregulation of macrophage functions and release inflammatory mediators such as certain inflammatory cytokines. Current literature suggests that interleukin-1Beta is an important cytokine mediator, which is dramatically increased after brain injury. Previous studies indicate that ATP is released by traumatically injured astrocytes and serves as a cell-to-cell mediator through purinergic receptors after in vitro injury. However, the mechanism of interleukin-1Beta release after traumatic brain injury remains poorly defined and is difficult to study using in vivo models. Using an in vitro model for traumatic brain injury (cell strain or stretch), we investigated the role of the extracellular nucleotides (ATP) in regulation of interleukin-1Beta release in rat cortical brain cells. We now report that activated microglia constitute the major source of interleukin-1Beta release after in vitro trauma. ATP is a powerful stimulus for interleukin-1Beta release from microglial cultures. Glutamate inhibits interleukin-1Beta release. ATP-induced interleukin-1Beta release was blocked completely by the P2X7 receptor antagonist, oxidized ATP, and partially by the P2X7 receptor antagonist suramin, suggesting that ATP stimulates interleukin-1Beta release from microglia via purinergic receptor and the P2X7 receptor is responsible for the interleukin-1Beta release. Blockage of interleukin-1Beta release by the purinergic receptor antagonists oATP and suramin decreased cell damage in uninjured mixed organotypic brain cell culture exposed to activated microglia. Taken together, these results suggest that interleukin-1Beta mediated inflammatory events are regulated in activated microglia by extracellular nucleotides (ATP) via purinergic receptors in central nervous system after in vitro trauma.

La Dégénérescence Maculaire Liée à l’Age (DMLA) est la première cause de cécité légale dans les pays industrialisés chez les personnes âgées. L’atrophie géographique – l’une des formes tardives de la DMLA - est caractérisée par la perte de l’épithélium pigmentaire et la dégénérescence des photorécepteurs. Nous groupe a montré précédemment que dans l’atrophie géographique, les phagocytes mononucléés (PMs) s’accumulent dans l’espace sous-rétinien, et induisent la dégénérescence rétinienne via la production d’IL-1β. Dans un premier temps, nous montrons que la présence de PMs sous-rétiniens est associée à la perte des bâtonnets et la dégénérescence des segments de cônes dans la zone de transition de patients atrophiques. Nous montrons ensuite dans différents modèles in vivo et ex vivo que les macrophages récapitulent ces effets, et qu’IL-1β est nécessaire à la perte des segments externes des cônes induite par les PMs. Dans un deuxième temps, nos résultats montrent qu’IL-1β induit indirectement la mort des bâtonnets, en perturbant l’homéostasie rétinienne du glutamate. L’inhibition des récepteurs glutamatergiques pour prévenir l’excitotoxicité du glutamate, ou la supplémentation en cystine favorisant la restauration de la machinerie neuronale antioxydante, permettent de protéger les bâtonnets de la toxicité induite par IL-1β. L’ensemble de nos résultats démontre le rôle joué par IL-1β dans la dégénérescence des segments de cônes et la perte des bâtonnets dans l’inflammation sous-rétinienne. Cette étude permettra la mise au point de thérapies innovantes, afin de lutter contre la forme atrophique de la DMLA, pour laquelle il n’existe actuellement aucun traitement. / In geographic atrophy (GA), one of the late forms of Age-related Macular Degeneration (AMD), an extending atrophic zone forms, characterized by the loss of retinal pigment epithelium and photoreceptor degeneration. Subretinal mononuclear phagocytes (MPs) accumulate in GA, and are associated with IL-1β-dependent retinal degeneration. First, we confirmed that subretinal accumulation of MPs is associated with rod degeneration and cone segment loss in the transitional zone in GA human samples. Using ex vivo and in vivo models, we then demonstrated that MPs-derived IL-1β leads to severe cone segment degeneration. Therefore, inhibiting subretinal MP accumulation or IL-1β might protect the cone segment, and help preserve high acuity daytime vision in conditions characterized by subretinal inflammation. Second, we showed that IL-1β effect on rod degeneration is indirect, and mediated by glutamate. Our results indicate that IL-1β impairs Müller glial cells glutamate recycling, and subsequently leads to the extracellular increase in glutamate content. Inhibiting glutamate receptors to prevent excitotoxicity, or exogenous cystine supplementation to supply antioxidant metabolism, are sufficient to protect rods from IL-1β-induced neurotoxicity. Our results provide new perspectives to treat pathologies associated with subretinal inflammation such as late AMD. Our results collectively demonstrated that MP-derived IL-1β induces cone segment loss, and glutamate homeostasis disruption associated with rod degeneration. This study will help with the development of new therapeutic strategies in dealing with inflammatory retinal pathologies as geographic atrophy.

Im Jahr 2008 gab es weltweit 347 Millionen Diabetiker bei weiter zunehmender Inzidenz. Die beiden größten Unterformen sind mit 90 % Typ 2- und 10 % Typ 1-Diabetes (Danaei et al. 2011). Beiden Diabetesformen sind eine Dysfunktion und ein Zelltod der Betazellen durch Apoptose gemeinsam, die Betazellschädigung wird dabei über ähnliche Signaltransduktionwege vermittelt. Ein wichtiger Gegenspieler der Betazellapoptose ist der Transkriptionsfaktor CREB, der an der Regulation der Insulingentranskription beteiligt und wichtig für das Betazellüberleben ist (Oetjen et al. 1994, Jhala et al. 2003). Durch die MAP3-Kinase DLK kann die transkriptionelle Aktivität von CREB in Betazellen gehemmt werden (Oetjen et al. 2006). Als übergeordnete MAP3K kann DLK die Apoptose-regulierende MAP-Kinase JNK aktivieren und von ihr wieder aktiviert werden (Handley et al. 2007). Die bei Diabetes mellitus Typ 1 und Typ 2 vermehrt produzierten proinflammatorischen Zytokine TNF-Alpha und IL-1 Beta können ebenfalls JNK aktivieren (Mandrup-Poulsen 2003). In dieser Arbeit wurde die Wirkung von TNF-Alpha und IL-1 Beta auf die CREB-abhängige Gentranskription im Luciferase-Reporter-Assay und auf das Absterben und die Apoptose von Betazellen im MTT-Test und Immunfluoreszenz-Assay in der Betazelllinie HIT-T15 untersucht. Zusätzlich wurde untersucht, ob die Zytokinwirkung DLK-abhängig ist. Es konnte gezeigt werden, dass TNF-Alpha und IL-1 Beta die stimulierte CRE-/CREB-abhängige Gentranskription hemmen, Überexpression von DLK verstärkt diese Wirkung, bei TNF-Alpha mehr als bei IL-1Beta. Verminderung der endogenen DLK durch siRNA reduziert die TNF-Alpha- und IL-1 Beta-induzierte CREB Hemmung. Beide Zytokine konnten eine Betazellapoptose auslösen, die ebenfalls durch die DLK verstärkt wird. Bei Überexpression einer Kinase-toten DLK-Mutante konnte durch TNF-Alpha keine Apoptose induziert werden, aber durch IL-1 Beta, dies spricht dafür, dass die Wirkung von TNF-Alpha zu einem größeren Teil abhängig von der DLK ist als die Wirkung von IL-1 Beta, die zum Teil DLK-unabhängig vermittelt wird. Zusammengefasst könnte TNF-Alpha über Aktivierung von DLK und JNK und anschließend gegenseitiger Signalamplifikation beider Kinasen zu einer DLK-vermittelten Hemmung der CREB-abhängigen Gentranskription führen, eine Betazelldysfunktion und Apoptose vermitteln und zur Entstehung von Diabetes beitragen. Dagegen könnte IL-1 Beta über Aktivierung von JNK indirekt die DLK aktivieren und zu einer CREB-Hemmung führen. Die DLK scheint eine zentrale Rolle in der Zytokin-induzierten Betazellschädigung einzunehmen. Eine gewebespezifische Hemmung der DLK, wie z.B. über den Proteinkinaseinhibitor Tozasertib im Glaukommodell gezeigt (Welsbie et al. 2013), könnte daher auch einen neuen Ansatz in der Therapie des Diabetes mellitus darstellen.

Malignant Mesothelioma (MM) is a fatal disease with a low median survival between 8 to 12 months after diagnosis. MM has a long latency period (10-60 years), is causally related to asbestos exposure, and is refractory to all available modes of therapy. Despite the causal association between asbestos exposure and MM however, the mechanisms by which asbestos induces this deadly disease remain unclear. Chronic inflammation due to the presence of asbestos fibers is believed to play an important role in all aspects of MM pathogenesis, from development to progression and resistance. Chronic inflammation has been shown to promote dysregulated wound repair, fibrosis and epithelial to mesenchymal transition (EMT). One of the inflammatory pathways that asbestos activates is the inflammasome (a multiprotein scaffold that assembles in response to various stimuli to facilitate the activation of caspase-1), which has been implicated in several chronic inflammatory diseases and disorders. The nucleotide binding oligomerization domain (NOD) - like receptor containing a pyrin domain 3 (NLRP3) inflammasome, both as a whole or via its components [NLRP3, apoptosis related speck-like protein containing a CARD (caspase activating and recruitment domain) (ASC) and caspase-1] as well as its products, IL-1β and IL-18, has been implicated in the development of EMT during chronic inflammation. Asbestos fibers, especially the amphiboles, are non-biodegradable and thus persist in tissues of the body for years after exposure. In mesothelial cells, the squamous epithelial-like cells that line the serosal cavities of the body, from which MM originates, asbestos chronically activates the NLRP3 inflammasome. Asbestos also activates the NLRP3 inflammasome in human macrophages that can lead to the establishment of a chronic inflammation environment. We therefore hypothesized that asbestos dependent regulation of the inflammasome played a role in mesothelial to fibroblastic transition to facilitate eventual neoplastic transformation of the mesothelial cells. Using in vitro models, siRNA knockdown approaches as well as in vivo models of asbestos exposure utilizing inflammasome component knockout mice, we demonstrate that asbestos-induced reactive oxygen species generation modulates the redox state of the endogenous antioxidant, thioredoxin, causing its dissociation from thioredoxin interacting protein to promote activation of the inflammasome. We also show that the inflammasome plays a role in asbestos-induced mesothelial to fibroblastic transition (MFT) (a form of EMT occurring in the mesothelial cells) both in vitro and in vivo with a requirement for caspase-1 in vivo to promote thickening of the submesothelium. Through our studies, we have identified tissue factor pathway inhibitor 2 (TFPI2) and fibroblast growth factor 2 (FGF2) as molecules that are upregulated in response to asbestos exposure with potential roles in the progression of asbestos-induced MFT. There is a dearth of diagnostic biomarkers that enable early detection of MM, thus with further studies these two molecules could be explored as biomarkers of asbestos exposure/disease progression. TFPI2 levels were downregulated in response to blockage of IL-1β signaling and thus could be harnessed as a potential marker for therapy efficiency with further studies.

Selon une étude précédente, une limitation à l'efficacité anticancéreuse du 5-Fluorouracile (5-FU) repose sur la sécrétion d'IL-1β par des cellules myéloïdes immunosuppressives (MDSC). La libération d'IL-1β mature provient de l'activation de NLRP3 induite par le 5- FU et de l’augmentation de l’activité de la caspase-1 dans les MDSC, qui favorise la reprise de la croissance tumorale chez des souris traitées avec 5-FU. L'acide docosahexaénoïque (DHA) appartient à la famille des acides gras oméga-3 et possède des propriétés anticancéreuses et anti-inflammatoires qui pourraient améliorer la chimiothérapie à base de 5-FU. Dans ces travaux, nous démontrons que le DHA inhibe la sécrétion d'IL 1β induite par le 5 FU dans une lignée cellulaire de MDSC (MSC-2). Chez des souris porteuses de tumeurs traitées par 5 FU, nous avons montré qu'un régime alimentaire enrichi en DHA réduit la concentration d'IL 1β circulante et la récidive tumorale après une injection de 5 FU. Le traitement par 5 FU conduit à l'activation de JNK dans les MDSC et l'inhibiteur de JNK SP600125 diminue la sécrétion d’IL-1β. De plus, le DHA est capable de contrecarrer l'activation de JNK induite par 5-FU dans les MDSC, entraînant la chute de la libération de l’IL 1β. De plus, nous avons montré que la supplémentation en DHA dans les MDSC exposées au 5 FU diminuait l’activité de la caspase-1 ainsi que la modification des interactions entre NLRP3 et la caspase-1, ASC ou β-arrestine-2. De manière inattendue, la régulation de l'activité de la caspase-1 par le DHA était indépendante de JNK, ce qui suggère que le DHA pourrait contrôler la sécrétion de l’IL 1β par le biais de l'inflammasome NLRP3 et de la voie JNK. Enfin, nous avons trouvé une corrélation négative entre la teneur en DHA dans le plasma et l'induction du niveau d'IL 1β ou de la caspase-1 dans le sang de patients traités par chimiothérapie à base de 5-FU.L’ensemble de ces données fournissent de nouvelles informations sur la régulation de la sécrétion de l’IL-1β par le DHA et son bénéfice potentiel dans la chimiothérapie à base de 5-FU. / A limitation to 5-Fluorouracil (5-FU) anti-cancer efficacy relies on the secretion of IL-1β by myeloid-derived suppressor cells (MDSC) according to a previous pre-clinical report. The release of mature IL-1β originates from 5 FU mediated NLRP3 activation with increased caspase-1 activity in MDSC and sustains tumor growth recovery in 5 FU treated mice. Docosahexaenoic acid (DHA) belongs to omega-3 fatty acid family and harbors both anti cancer and anti inflammatory properties which might could improve 5 FU chemotherapy. Here, we demonstrate that DHA inhibits 5 FU induced IL 1β secretion produced by a MDSC cell line (MSC-2). In tumor-bearing mice treated with 5 FU, we showed that a DHA enriched diet reduces circulating IL 1β concentration and tumor recurrence after 5 FU injection. 5 FU treatment led to JNK activation in MDSC and JNK inhibitor SP600125 decreased IL 1β secretion. Moreover, DHA was able to counteract 5 FU mediated JNK activation in MDSC leading to the drop of IL 1β release. In addition, we showed that DHA supplementation in 5 FU exposed MDSC decreases caspase-1 activity along with a modification of the interactions between NLRP3 and caspase-1, ASC or β arrestin-2. Unexpectedly, the regulation of caspase-1 activity by DHA was independent of JNK which suggests that DHA could control IL 1β secretion through both NLRP3 inflammasome and JNK pathway. Interestingly, we found a negative correlation between DHA content in plasma and the induction of circulating IL 1β level or caspase-1 activity in patients treated with 5 FU based chemotherapy.Together, these data provide new insights on the regulation of IL 1β secretion by DHA and its potential benefit in 5-FU based chemotherapy.

Les histones désacétylases (HDACs) contrôlent l'expression des gènes en modifiant la structure de la chromatine par la désacétylation des histones ou en modulant l'activité transcriptionnelle de facteurs de transcription. L'utilisation d'inhibiteurs ciblant les HDACs, les HDACi, a récemment montré un rôle des HDACs dans l'inflammation. Toutefois, comme les HDACi sont non-spécifiques, il est difficile d'identifier les fonctions spécifiques des différents HDACs. Les rôles des HDACs dans l'épithélium intestinal sont peu connus. Les principaux objectifs de ce travail visaient à déterminer les rôles spécifiques de HDAC1 dans les cellules épithéliales intestinales (CEI) et son implication dans la réponse inflammatoire. L'inhibition de l'expression de HDACI dans les CEI de rat, entraîne une augmentation post-transcriptionnelle de HDAC2, une modification de la morphologie cellulaire, une diminution de la prolifération cellulaire, une diminution de l'activité désacétylase associée au complexe corépresseur Sin3 et une modification de la réponse au HDACi trichostatin A (TSA). De plus, en réponse à l'IL-1[beta], la perte de HDACI diminue l'expression protéique des facteurs de transcription NF-?B et C/EBP[beta] tout en entraînant une prolongation de leur phosphorylation. L'absence de HDAC1 diminue également la phosphorylation et l'expression des MAPKs p38 et JNK, de base ou en réponse à l'IL-1[beta]. Ensuite, l'expression de gènes de réponse inflammatoire en réponse à l'IL-1[beta] a été analysée. Suivant la perte de HDACI, cinq patrons d'expression ont ainsi été obtenus : 1) augmentation des niveaux de base et induits (Hp, Kng 1), 2) réduction des niveaux de base et niveaux induits normaux (Cc12, Cc15, Cc120, Cxcll, C3, iNOS), 3) augmentation des niveaux induits (Cxcl2), 4) réduction des niveaux de base et induits (A2m) et 5) aucune modulation (Lcn2, GAPDH). La sécrétion de cytokines est également perturbée en l'absence de HDAC I : 1) diminution des niveaux de base et augmentation des niveaux induits (Cc12, Cxcl3), 2) diminution des niveaux induits (Cc120, Cxcl5, Cx3c11) et 3) augmentation des niveaux induits (Cxcl2, Timpl). HDACI est aussi impliquée dans le contrôle de la réponse au stress du réticulum endoplasmique puisqu'un délai dans l'induction de la protéine CHOP est observé dans les cellules n'exprimant pas HDACI, en réponse à la tunicamycine. Nos résultats démontrent que HDACI est un régulateur majeur de l'homéostasie épithéliale intestinale, incluant la réponse inflammatoire et le stress du réticulum endoplasmique, et que HDAC1 peut agir autant comme coactivateur ou corépresseur transcriptionnel.

<p>Despite the advanced knowledge of the mechanisms of influenza infection and improved vaccines, Influenza A Virus still causes a life-threatening respiratory disease, especially during pandemics. Past investigations have proposed a synergism between Influenza A virus and a simultaneous or subsequent bacterial superinfection as the predominant cause of death. The recent development of animal models to study these heterologous infections has shed light onto the diverse mechanisms by which Influenza A Virus may increase the susceptibility to contract a secondary bacterial infection. These studies suggested an important role for the innate immune system in mediating such disease. We developed a model of heterologous infection combining Influenza A Virus and <em>Bordetella parapertussis</em> that demonstrated a critical role for MIP-2 to drive pulmonary neutrophilia in the pathology associated with bacterial superinfection of influenza. However, the origin of this increased MIP-2 production and the mechanisms underlying the immunopathology remained to be elucidated. The present studies proposed IL-1β overproduction as the upstream cause of the increased MIP-2 production observed in heterologous infection. This exaggerated IL-1β production was likely related to the increased bacterial burden observed in heterologously infected mice. This study also demonstrated that reduction in IL-1β production by blockade of the inflammasome seemed to provide an improvement in the clinical symptoms and the immunopathology of the disease. Thus, interventions to attenuate the exacerbated bacterial burden and the inflammatory responses derived from the subsequent IL-1β overproduction should be further investigate as possible therapeutic approaches to treat bacterial superinfections.</p> / Master of Science (MSc)

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.