Les neutrophiles produisent plusieurs médiateurs peptidiques contribuant à l'inflammation lors de la réponse immunitaire contre les agents infectieux. Ces médiateurs sont encodés par des gènes dont la transcription est strictement régulée. Alors que ces facteurs de transcription sont bien connus, les voies de signalisation causant l'activation transcriptionnelle, ainsi que l'initiation de la traduction des chimiokines, sont moins bien caractérisées chez les neutrophiles humains. En conséquence, nous avons caractérisé le rôle de la PI3K dans cette réponse. L'inhibition de la PI3K par le LY294002 a considérablement réduit la sécrétion de chimiokines. La nucléofection de dominant-négatifs des sous-unités de la PI3K dans la lignée cellulaire PLB-985 différenciée en neutrophiles a confirmé ces résultats. D'autre part, le LY294002 a drastiquement inhibé l'expression génique de certaines chimiokines sans influencer l'activation des facteurs de transcription. Ceci a aussi été confirmé par la double nucléofection des dominants-négatifs et de promoteurs couplés à la luciférase. Ainsi, la PI3K affecte sélectivement la transcription de certaines chimiokines et module la traduction puisque le LY294002 inhibe la phosphorylation de protéines impliquées dans l'initiation de la traduction. Puisque les mécanismes contrôlant l'initiation de la traduction sont à peu près inconnus chez les neutrophiles, nous avons donc étudié la contribution de MNK I. Le CGP57380, un inhibiteur de MNK I, a fortement réduit la sécrétion de chimiokines. Ces données ont été confirmées par la nucléofection d'un dominant-négatif de MNK I dans la lignée cellulaire PLB-985 différenciée en neutrophiles. De plus, le CGP57380 n'influence pas l'expression génique des chimiokines. L'utilisation d'une coiffe synthétique mimant celle des ARNms nous a permis de déterminer que MNK I n'y est pas recrutée. Par contre, le CGP57380 diminue la phosphorylation de protéines impliquées dans le contrôle de l'initiation de la traduction. Nos résultats montrent que MNK I participe au contrôle de la traduction des chimiokines. Pour terminer, nous avons étudié la contribution de l'IL- 18 à la production de chimiokines. Nous avons tout d'abord détecté l'expression de l'IL- 18 en ARNm et au niveau protéique. De plus, bien que l'ARNm de l'IL- 18 soit inductible en réponse à plusieurs stimuli inflammatoires, seul le LPS peut induire sa sécrétion. Les neutrophiles sécrètent de façon constitutive l'IL-18 BP, l'inhibiteur naturel de l'IL-18, bien que cette sécrétion ne soit pas modulable. L'IL- 18 sécrété en réponse au LPS agit de façon autocrine sur les neutrophiles. En effet, le blocage de l'IL- 18 réduit considérablement l'expression et la sécrétion des chimiokines. En accord avec ces données, l'ajout d'IL-18 exogène induit l'expression et la sécrétion de plusieurs chimiokines en activant une signalisation intracellulaire semblable aux autres stimuli inflammatoires déjà étudiés. Dans leur ensemble, nos résultats dévoilent de nouvelles interactions entre l'IL-18 et les neutrophiles. En conclusion, les travaux présentés dans cette thèse ont montré que les stimuli inflammatoires utilisent en partie la voie de la PI3K au niveau de la transcription; et, au niveau de la traduction, les kinases MNK I et PI3K pour induire la production de chimiokines par les neutrophiles humains. Ces molécules de signalisation pourraient donc représenter des cibles prometteuses pour des interventions thérapeutiques visant à abaisser la production de chimiokines dans des pathologies chroniques dans lesquelles les neutrophiles et leurs produits jouent un rôle prédominant.

Le virus de l’immunodéficience humaine ou VIH est l’agent qui cause le SIDA. Le VIH donne lieu à une dérégulation dans la production de certaines cytokines qui ont un rôle immunologique très important chez les patients infectés. L’IL-18, autrement nommé facteur inducteur d’IFN-γ, est une cytokine pro-inflammatoire qui affecte le système immunitaire de façon importante. Son activité est régulée par l’"IL-18 Binding Protein" (IL-18BP), une autre cytokine qui se lie avec l’IL-18 et inhibe son activité biologique. Des études ultérieures ont montré des niveaux élevés d’Il-18 chez les patients infectés par le VIH par rapport aux personnes saines. Cependant, aucune étude n’a été réalisée concernant la production d’IL-18BP chez ces patients. Due à sa relevance dans la régulation de l’IL-18, nous avons étudié l’effet de l’infection par le VIH sur l’équilibre entre ces deux facteurs et l’impact de cet équilibre sur l’homéostasie des cellules NK. Nous avons mesuré les taux de l’IL-18 et de l’IL-18BP circulantes dans les sérums des patients infectés par le VIH en les comparants avec le même nombre de personnes saines et séronégatives. Nous avons aussi déterminé le nombre total des différents sous-types de cellules NK et analysé l’activité des cellules NK (Natural Killer). Finalement nous avons cherché à déterminer si l’IL-18 pouvait induire l’apoptose des cellules NK en activant l’expression de Fas ligand. Nos résultats nous démontrent que les patients infectés par le VIH ont trois fois plus d’IL-18 que les donneurs sains. Cependant les niveaux d’IL-18BP sont plus bas chez les patients infectés comparés aux donneurs sains. Alors, le ratio IL-18/IL-18BP est augmenté chez les patients infectés, ce qui entraîne une grande quantité d’IL-18 libre et biologiquement active circulante dans leur organisme. Nos études démontrent que chez ces patients, les concentrations d’IL-18 sont en corrélation négative avec l’activité cytotoxique de leurs cellules NK. Nos études in vitro démontrent que le traitement des cellules NK par l’IL-18 induit de façon fratricide leur apoptose en augmentant l’expression de Fas ligand. Finalement, cette production non coordonnée de ces deux facteurs pourrait contribuer à une immunopathologie induite par l’IL-18 en entraînant une apoptose fratricide des cellules NK qui possèdent un rôle important dans la réponse antivirale. Le dérèglement de l’homéostasie des cellules NK pourrait donc contribuer à la pathogenèse induite par le VIH. / HIV-1, the causative agent of AIDS, induces a deregulated production of several immunologically important cytokines in the infected persons. One of these cytokines is IL-18: a powerful proinflammatory cytokine that can regulate both innate and adaptive immune responses. In vivo, its activity is tightly regulated by IL-18 Binding Protein (IL-18BP), another cytokine that specifically binds and neutralizes IL-18 with high affinity. Previous studies have shown that IL-18 concentrations are significantly increased in the circulation of HIV-infected AIDS patients compared to those in healthy people. However, it is not yet clear how the increased levels of this cytokine affect the development of AIDS in HIV infected persons. Furthermore, little is known concerning the production of IL-18 antagonist (IL-18BP) in these patients. These issues were addressed in the studies presented in this thesis. We measured levels of IL-18 and IL-18BP in the sera of HIV-infected patients by using commercial ELISA kits and compared them with the values obtained from a similar number of healthy HIV-seronegative persons. We also determined the absolute and total number of different NK cell subsets and NK cell activity in the peripheral blood mononuclear cells (PBMC) of these individuals. Finally we determined the effects of recombinant human IL-18 as well as of IL-18-rich sera from AIDS patients on cytolytic activity and survival of human NK cells. Our results show that sera from HIV- infected patients contain up to 3 fold higher levels of IL-18 compared to the sera from healthy people. However, levels of IL-18BP were lower in the infected individuals compared to the healthy ones. Consequently, IL-18/IL-18BP ratio is increased in the patients resulting in a further increase in the concentrations of biologically active IL-18 in the circulation of these patients. Our results show that the concentrations of IL-18 correlated inversely with NK cell numbers as well as with their cytolytic activity in the infected persons. These results suggested the involvement of IL-18 in the disappearance of NK cells that prompted us to determine the potential cytocidal effects of this cytokine on human NK cells. The results from our in vitro experiments show that recombinant human IL-18 and IL-18-rich sera from AIDS patients caused apoptosis in a human NK cell line as well as in primary human NK cells. Anti-FasL antagonist antibodies inhibited this cell death. In a series of experiments, we found that IL-18 enhances expression of FasL but does not affect the expression of Fas on human NK cells. In vitro IL-18 also stimulated transcription from human FasL promoter. Furthermore, the cytokine also enhanced susceptibility of NK cells to Fas-mediated death, as it decreased the expression of an anti-apoptotic protein Bcl-XL. Our study shows that enhanced IL-18 bioactivity in HIV-infected patients may contribute to the pathogenesis of AIDS by disrupting NK cell homoeostasis.

Le virus de l’immunodéficience humaine ou VIH est l’agent qui cause le SIDA. Le VIH donne lieu à une dérégulation dans la production de certaines cytokines qui ont un rôle immunologique très important chez les patients infectés. L’IL-18, autrement nommé facteur inducteur d’IFN-γ, est une cytokine pro-inflammatoire qui affecte le système immunitaire de façon importante. Son activité est régulée par l’"IL-18 Binding Protein" (IL-18BP), une autre cytokine qui se lie avec l’IL-18 et inhibe son activité biologique. Des études ultérieures ont montré des niveaux élevés d’Il-18 chez les patients infectés par le VIH par rapport aux personnes saines. Cependant, aucune étude n’a été réalisée concernant la production d’IL-18BP chez ces patients. Due à sa relevance dans la régulation de l’IL-18, nous avons étudié l’effet de l’infection par le VIH sur l’équilibre entre ces deux facteurs et l’impact de cet équilibre sur l’homéostasie des cellules NK. Nous avons mesuré les taux de l’IL-18 et de l’IL-18BP circulantes dans les sérums des patients infectés par le VIH en les comparants avec le même nombre de personnes saines et séronégatives. Nous avons aussi déterminé le nombre total des différents sous-types de cellules NK et analysé l’activité des cellules NK (Natural Killer). Finalement nous avons cherché à déterminer si l’IL-18 pouvait induire l’apoptose des cellules NK en activant l’expression de Fas ligand. Nos résultats nous démontrent que les patients infectés par le VIH ont trois fois plus d’IL-18 que les donneurs sains. Cependant les niveaux d’IL-18BP sont plus bas chez les patients infectés comparés aux donneurs sains. Alors, le ratio IL-18/IL-18BP est augmenté chez les patients infectés, ce qui entraîne une grande quantité d’IL-18 libre et biologiquement active circulante dans leur organisme. Nos études démontrent que chez ces patients, les concentrations d’IL-18 sont en corrélation négative avec l’activité cytotoxique de leurs cellules NK. Nos études in vitro démontrent que le traitement des cellules NK par l’IL-18 induit de façon fratricide leur apoptose en augmentant l’expression de Fas ligand. Finalement, cette production non coordonnée de ces deux facteurs pourrait contribuer à une immunopathologie induite par l’IL-18 en entraînant une apoptose fratricide des cellules NK qui possèdent un rôle important dans la réponse antivirale. Le dérèglement de l’homéostasie des cellules NK pourrait donc contribuer à la pathogenèse induite par le VIH. / HIV-1, the causative agent of AIDS, induces a deregulated production of several immunologically important cytokines in the infected persons. One of these cytokines is IL-18: a powerful proinflammatory cytokine that can regulate both innate and adaptive immune responses. In vivo, its activity is tightly regulated by IL-18 Binding Protein (IL-18BP), another cytokine that specifically binds and neutralizes IL-18 with high affinity. Previous studies have shown that IL-18 concentrations are significantly increased in the circulation of HIV-infected AIDS patients compared to those in healthy people. However, it is not yet clear how the increased levels of this cytokine affect the development of AIDS in HIV infected persons. Furthermore, little is known concerning the production of IL-18 antagonist (IL-18BP) in these patients. These issues were addressed in the studies presented in this thesis. We measured levels of IL-18 and IL-18BP in the sera of HIV-infected patients by using commercial ELISA kits and compared them with the values obtained from a similar number of healthy HIV-seronegative persons. We also determined the absolute and total number of different NK cell subsets and NK cell activity in the peripheral blood mononuclear cells (PBMC) of these individuals. Finally we determined the effects of recombinant human IL-18 as well as of IL-18-rich sera from AIDS patients on cytolytic activity and survival of human NK cells. Our results show that sera from HIV- infected patients contain up to 3 fold higher levels of IL-18 compared to the sera from healthy people. However, levels of IL-18BP were lower in the infected individuals compared to the healthy ones. Consequently, IL-18/IL-18BP ratio is increased in the patients resulting in a further increase in the concentrations of biologically active IL-18 in the circulation of these patients. Our results show that the concentrations of IL-18 correlated inversely with NK cell numbers as well as with their cytolytic activity in the infected persons. These results suggested the involvement of IL-18 in the disappearance of NK cells that prompted us to determine the potential cytocidal effects of this cytokine on human NK cells. The results from our in vitro experiments show that recombinant human IL-18 and IL-18-rich sera from AIDS patients caused apoptosis in a human NK cell line as well as in primary human NK cells. Anti-FasL antagonist antibodies inhibited this cell death. In a series of experiments, we found that IL-18 enhances expression of FasL but does not affect the expression of Fas on human NK cells. In vitro IL-18 also stimulated transcription from human FasL promoter. Furthermore, the cytokine also enhanced susceptibility of NK cells to Fas-mediated death, as it decreased the expression of an anti-apoptotic protein Bcl-XL. Our study shows that enhanced IL-18 bioactivity in HIV-infected patients may contribute to the pathogenesis of AIDS by disrupting NK cell homoeostasis.

L'interleukine IL-18 (IL-18), un membre de la famille de l’IL-1, est une cytokine pro-inflammatoire multifonctionnelle. Elle est produite par les monocytes, les macrophages, les cellules dendritiques, les cellules épithéliales, les kératinocytes et le cortex surrénal dans le corps humain. Cette cytokine est d'abord produite comme une protéine précurseure inactive, qui est par la suite clivée en une forme mature par la caspase-1 activée. La caspase, en elle-même, existe comme précurseur inactif dans les cellules humaines et requiert l'assemblage d'inflammasomes pour son activation. L'IL-18 pour joue un rôle clé dans la médiation des conditions inflammatoires. Notre laboratoire et d'autres ont montré que l'infection par le VIH est accompagnée d'une augmentation des taux circulants d'IL-18 avec une diminution des niveaux de son antagoniste, l'interleukine-18 binding protein (IL-18BP). Dans cette thèse, nous démontrons pour que l'IL-18 est également produite et sécrétée par les plaquettes humaines lors de leur activation. Les plaquettes contiennent des composants de l'inflammasome. Ils assemblent et activent la caspase-1, qui ensuite traite le précurseur de l'IL-18 dans sa forme mature au cours du processus d'activation des plaquettes. La cytokine est synthétisée de novo lors de l'activation des plaquettes. Contrairement à l'IL-18, les plaquettes expriment constitutivement l’IL-18BP, et la libèrent de manière constitutive, ainsi que lors de l'activation. L'IL-18 et l'IL-18BP sont colocalisés avec CD63, un marqueur pour les granules α des plaquettes. L'IL-18 libéré des plaquettes constitue la source principale de cette cytokine dans la circulation humaine chez les individus sains. Nous avons identifié des concentrations faibles de cette cytokine dans les lysats de plaquettes chez les individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. D'autre part, les concentrations ont été augmentées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes chez les individus infectés. Des résultats similaires ont été obtenus avec l'IL-18BP dans les lysats de plaquettes d'individus sains et infectés par le VIH. Cependant, des quantités plus faibles de cet antagoniste ont été trouvées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes d'individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. Nos résultats ont des implications importantes pour les maladies inflammatoires chroniques dans laquelle une activité accrue de l'IL-18 joue un rôle pathogène. Le VIH est également accompagné par une inflammation intestinale et une diminution de l'intégrité intestinale, mesurée par la réparation de la muqueuse, la régénération et la perméabilité. Cependant, on en sait peu sur la relation entre le niveau élevé de l'IL-18 associé à l'infection au VIH et la perméabilité intestinale: ceci n'a jamais été étudié. Dans cette thèse, nous démontrons le rôle du virus et sa protéine Tat à augmenter la production d'IL-18 chez deux lignées de cellules épithéliales intestinales (HT29 et Caco2) ainsi qu'une diminution de l'IL-18BP. L'IL-18 induit une hyperperméabilité de la barrière épithéliale en perturbant à la fois les jonctions serrées et adhérentes, et ce, en modulant l'expression et la distribution de l'occludine, de claudine-2 et de la bêta-caténine. Une désorganisation de l'actine F a également été observée dans les cellules lors de l'incubation avec l'IL-18. Les mêmes observations ont été faites avec la protéine Tat du VIH-1. Après une incubation prolongée, l'IL-18 a causé la mort des cellules intestinales et induit l'apoptose par l'activation de la caspase-1 et la caspase-3. Fait intéressant, les taux plasmatiques de lipopolysaccharides chez trois catégories différentes de patients au VIH (ART-naïf, ART-traitée et contrôleurs élite) sont en corrélation avec les niveaux plasmatiques de l'IL-18. Enfin, nous avons étudié la voie de signalisation à travers laquelle l'IL-18 induit une perméabilité intestinale accrue. En bref, nos études identifient les plaquettes comme une source importante d'IL-18, et leur activation lors d'une infection à VIH contribue à des concentrations accrues de cette cytokine. Le virus entraine également l'augmentation de la production de cytokines par les cellules épithéliales intestinales. L'activité biologique accrue de ces cytokines contribue à la pathogenèse du sida en augmentant la perméabilité intestinale et en causant la mort des cellules intestinales. L'IL-18 pourrait servir de cible moléculaire pour retarder la progression du sida et réduire l'inflammation chronique dans un stade précoce d'une infection à VIH. / Interleukin IL-18 (IL-18), a member of the IL-1 family, is a multifunctional pro-inflammatory cytokine. It is known to be produced by monocytes, macrophages, dendritic cells, keratinocytes and the adrenal cortex in the human body. This cytokine is produced as an inactive precursor protein, which is cleaved into mature form by activated caspase-1. The caspase itself exists as an inactive precursor in human cells and requires inflammasomes assembly for its activation. IL-18 has been shown to play a key role in mediating different inflammatory conditions. Our laboratory and others have shown that HIV infection is accompanied with increased circulating levels of IL-18 along with decreased levels of its antagonist IL-18 Binding Protein (IL-18BP). In this thesis, we show that IL-18 is also produced and secreted by human platelets upon activation. The platelets also contain components of the inflammasome. They assemble and activate caspase-1 and process the precursor IL-18 into its mature form during the platelet activation process. The cytokine is synthesized in platelets de novo upon activation. Contrary to IL-18, the platelets constitutively express pre-formed IL-18BP, and release it constitutively as well as upon activation. Both IL-18 and IL-18BP colocalized with CD63, a marker for the platelet α granules. Platelet-released IL-18 constitutes the main source of this cytokine in the human circulation in healthy individuals. We found decreased amounts of this cytokine in the platelet lysates in HIV-infected individuals as compared to the healthy ones. On the other hand, its concentrations were increased in the serum and platelet-poor plasma in infected individuals. Similar findings were obtained with IL-18BP in platelet lysates from healthy and HIV-infected individuals. However, lower amounts of this IL-18 antagonist were found in the serum and platelet-poor plasma from HIV-infected individuals compared with the healthy ones. Our findings have important implications for chronic inflammatory disease conditions in which increased IL-18 activities play a pathogenic role. HIV is also accompanied by intestinal inflammation and decreased intestinal integrity as measured by mucosal repair, regeneration and permeability. However, little is known concerning the relation between high level of IL-18 associated to HIV infection and intestinal permeability. In this thesis, we demonstrate the role of HIV and its protein Tat in increasing IL-18 production in two intestinal epithelial cell lines (HT29 and Caco2) and decreasing IL-18BP. IL-18 induces epithelial barrier hyperpermeability by disrupting both tight and adherens Junctions by modulating expression and distribution of occludin, claudin-2 and beta-catenin. Disorganization of F-actin was also observed within the cells upon incubation with treated by IL-18. Upon prolonged incubation, IL-18 caused intestinal cells death and induced apoptosis by activating caspase-1 and caspase-3. Interestingly, the plasma levels of lipopolysaccharide in three different categories of HIV-infected patients (ART-naïve, ART-treated and Elite controllers) correlated with their IL-18 plasma levels. Finally we investigated the signaling pathway through which IL-18 induces increased intestinal permeability. Briefly, our studies identified platelets as an important source of IL-18, and their activation in HIV infection contributes to enhanced concentrations of the cytokine. The virus also induces increased production of the cytokine from intestinal epithelial cells. Increased biological activities of the cytokine contribute towards AIDS pathogenesis by increasing intestinal permeability and causing death of intestinal cells. The cytokine may serve as a molecular target for delaying AIDS progression and reducing low-grade chronic inflammation in HIV infection.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第18849号 / 医博第3960号 / 新制||医||1007(附属図書館) / 31800 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 三森 経世, 教授 坂井 義治, 教授 長澤 丘司 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

A introdução da terapia anti-retroviral de alta potência no tratamento da infecção pelo HIV reduziu significativamente as taxas de morbi-mortalidades relacionadas à imunodeficiência. Entretanto, o tratamento medicamentoso é acompanhado de vários efeitos colaterais, dentre eles, a síndrome da lipodistrofia (SL), caracterizada por alterações morfológicas e metabólicas. Apesar de sua patogenia não estar totalmente esclarecida, é sabido que aumento dos níveis de algumas citocinas inflamatórias estão relacionados com o desenvolvimento da SL. Diversos sítios polimórficos têm sido descritos por influenciarem a transcrição de genes, levando a variações nos níveis de produção de citocinas, como os da região promotora da interleucina-18 (IL-18 -607 C/A e IL-18 -137 C/G) e do gene do interferon gama (IFN- +874 T/A). Diante disso, esse estudo tipificou os polimorfismos da IL-18 e do IFN- em 88 pacientes portadores do HIV com a SL, em 79 portadores do HIV sem a SL, todos sob terapia anti-retroviral e em 133 indivíduos saudáveis, por meio da técnica de reação em cadeia da polimerase com iniciadores de seqüência específica. Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa. A presença do alelo -607A e do genótipo -607AA na IL-18 estava significativamente aumentada nos pacientes portadores do HIV com SL quando comparados aos sem a SL, conferindo susceptibilidade ao desenvolvimento da síndrome. De maneira oposta, o alelo -607C e o genótipo -607CC estavam significativamente aumentados em pacientes portadores do HIV sem SL quando comparados aos com a SL, conferindo proteção ao desenvolvimento da síndrome. Os haplótipos -137G/-607A and -137C/-607A, que comportam o alelo -607A, também estavam associados com a susceptibilidade à SL e o haplótipo -137G/-607C estava fortemente associado com proteção contra a SL. Nenhuma diferença significativa na distribuição alélica e genotípica da IL-18 -137 e do IFN- +874 foram observadas entre os grupos de pacientes e o grupo controle. Este é o primeiro estudo que avaliou o polimorfismo da IL-18 e do IFN- na SL e os resultados sugerem que a região promotora da IL-18 está associada com o desenvolvimento da SL em pacientes portadores do HIV. / The introduction of highly active antiretroviral therapy in the treatment of HIV infection significantly reduced the rates of morbidity and mortality related to immunodeficiency. However, the drug treatment is accompanied by various side effects, including the lipodystrophy syndrome (LD), characterized by morphological and metabolic changes. Although its pathogenesis is not totally clear, it is known that increased levels of some inflammatory cytokines are related to the development of LD. Several polymorphic sites have been described by influencing transcription of genes, leading the variations in the levels of cytokine production, such as the promoter region of interleukin-18 (IL-18 -607 C/A and IL-18 -137 C/G) and the interferon gamma gene (IFN- +874 T/A). Thus, this study typifies the polymorphism of the IL-18 and IFN- in 88 HIV-infected patients with LD, in 79 HIV-infected patients without LD, all under antiretroviral therapy and in 133 healthy controls, using the sequence-specific primers-polymerase chain reaction. This study was approved by the Ethics Committee at the place of study. The presence of -607A allele and -607AA genotype in IL-18 gene were significantly increased in HIV patients presenting LD as compared with HIV patients without LD, resulting in susceptibility to the development of LD. Conversely, the -607C allele and -607CC genotype were significantly increased in HIV patients without LD as compared with the HIV patients with LD, offering protection against LD. Haplotypes -137G/-607A and -137C/-607A, carrying the -607A allele, were also associated with susceptibility to LD. The haplotype -137G/-607C was strongly associated with protection against LD. No significant differences in IL-18 -137 and IFN- +874 genotype and allele distribution were observed in patients when compared to a control group. This is the first study evaluating the IL-18 and IFN- polymorphisms in LD and the results suggest that the promoter region of the IL-18 gene is associated with LD development in HIV-infected patients.

A introdução da terapia anti-retroviral de alta potência no tratamento da infecção pelo HIV reduziu significativamente as taxas de morbi-mortalidades relacionadas à imunodeficiência. Entretanto, o tratamento medicamentoso é acompanhado de vários efeitos colaterais, dentre eles, a síndrome da lipodistrofia (SL), caracterizada por alterações morfológicas e metabólicas. Apesar de sua patogenia não estar totalmente esclarecida, é sabido que aumento dos níveis de algumas citocinas inflamatórias estão relacionados com o desenvolvimento da SL. Diversos sítios polimórficos têm sido descritos por influenciarem a transcrição de genes, levando a variações nos níveis de produção de citocinas, como os da região promotora da interleucina-18 (IL-18 -607 C/A e IL-18 -137 C/G) e do gene do interferon gama (IFN- +874 T/A). Diante disso, esse estudo tipificou os polimorfismos da IL-18 e do IFN- em 88 pacientes portadores do HIV com a SL, em 79 portadores do HIV sem a SL, todos sob terapia anti-retroviral e em 133 indivíduos saudáveis, por meio da técnica de reação em cadeia da polimerase com iniciadores de seqüência específica. Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa. A presença do alelo -607A e do genótipo -607AA na IL-18 estava significativamente aumentada nos pacientes portadores do HIV com SL quando comparados aos sem a SL, conferindo susceptibilidade ao desenvolvimento da síndrome. De maneira oposta, o alelo -607C e o genótipo -607CC estavam significativamente aumentados em pacientes portadores do HIV sem SL quando comparados aos com a SL, conferindo proteção ao desenvolvimento da síndrome. Os haplótipos -137G/-607A and -137C/-607A, que comportam o alelo -607A, também estavam associados com a susceptibilidade à SL e o haplótipo -137G/-607C estava fortemente associado com proteção contra a SL. Nenhuma diferença significativa na distribuição alélica e genotípica da IL-18 -137 e do IFN- +874 foram observadas entre os grupos de pacientes e o grupo controle. Este é o primeiro estudo que avaliou o polimorfismo da IL-18 e do IFN- na SL e os resultados sugerem que a região promotora da IL-18 está associada com o desenvolvimento da SL em pacientes portadores do HIV. / The introduction of highly active antiretroviral therapy in the treatment of HIV infection significantly reduced the rates of morbidity and mortality related to immunodeficiency. However, the drug treatment is accompanied by various side effects, including the lipodystrophy syndrome (LD), characterized by morphological and metabolic changes. Although its pathogenesis is not totally clear, it is known that increased levels of some inflammatory cytokines are related to the development of LD. Several polymorphic sites have been described by influencing transcription of genes, leading the variations in the levels of cytokine production, such as the promoter region of interleukin-18 (IL-18 -607 C/A and IL-18 -137 C/G) and the interferon gamma gene (IFN- +874 T/A). Thus, this study typifies the polymorphism of the IL-18 and IFN- in 88 HIV-infected patients with LD, in 79 HIV-infected patients without LD, all under antiretroviral therapy and in 133 healthy controls, using the sequence-specific primers-polymerase chain reaction. This study was approved by the Ethics Committee at the place of study. The presence of -607A allele and -607AA genotype in IL-18 gene were significantly increased in HIV patients presenting LD as compared with HIV patients without LD, resulting in susceptibility to the development of LD. Conversely, the -607C allele and -607CC genotype were significantly increased in HIV patients without LD as compared with the HIV patients with LD, offering protection against LD. Haplotypes -137G/-607A and -137C/-607A, carrying the -607A allele, were also associated with susceptibility to LD. The haplotype -137G/-607C was strongly associated with protection against LD. No significant differences in IL-18 -137 and IFN- +874 genotype and allele distribution were observed in patients when compared to a control group. This is the first study evaluating the IL-18 and IFN- polymorphisms in LD and the results suggest that the promoter region of the IL-18 gene is associated with LD development in HIV-infected patients.

La prolifération, la différenciation ainsi que les fonctions des cellules du système immunitaire sont contrôlées en partie par les cytokines. Lors de l’infection par le VIH-1, les défauts observés dans les fonctions, la maintenance, ainsi que la consistance des cellules du système immunitaire sont en large partie attribués à une production altérée des cytokines et à un manque d’efficacité au niveau de leurs effets biologiques. Durant ces études, nous nous sommes intéréssés à la régulation et aux fonctions de deux cytokines qui sont l’IL-18 et l’IL-21. Nous avons observé une corrélation inversée significative entre les concentrations sériques d’IL-18 et le nombre des cellules NK chez les patients infectés par le VIH-1. Nos expériences in vitro ont démontré que cette cytokine induit l’apoptose des cellules NK primaires et que cette mort peut être inhibée par des anticorps neutralisants spécifiques pour FasL et TNF-α. Cette mort cellulaire est due à l’expression de FasL sur les cellules NK et à la production de TNF-α par ces cellules. L’IL-18 augmente aussi la susceptibilité à la mort des cellules NK par un stimulus pro-apoptotique, en diminuant l’expression de la protéine anti-apoptotique Bcl-XL. Nous démontrons aussi que, contrairement à l’IL-18, les niveaux d’IL-18BP sont plus faibles dans les sérum de patients infectés. Ceci résulte sur une production non coordonnée de ces deux facteurs, aboutissant à des niveaux élevés d’IL-18 libre et biologiquement active chez les patients infectés. L’infection de macrophages in vitro induit la production d’IL-18 et réduit celle d’IL-18BP. De plus, l’IL-10 et le TGF-β, dont les concentrations sont élevées chez les patients infectés, réduisent la production d’IL-18BP par les macrophages in vitro. Finalement, nous démontrons que l’IL-18 augmente la réplication du VIH-1 dans les lymphocytes T CD4+ infectés. Les niveaux élevés d’IL-18 libres et biologiquement actives chez les patients infectés contribuent donc à l’immuno-pathogénèse induite par le VIH-1 en perturbant l’homéostasie des cellules NK ainsi qu’en augmentant la réplication du virus chez les patients. Ces études suggèrent donc la neutralisation des effets néfastes de l’IL-18 en utilisant son inhibiteur naturel soit de l’IL-18BP exogène. Ceci permettrait de moduler l’activité de l’IL-18 in vivo à des niveaux souhaitables. L’IL-21 joue un rôle clef dans le contrôle des infections virales chroniques. Lors de ces études, nous avons déterminé la dynamique de la production d’IL-21 lors de l’infection par le VIH-1 et sa conséquence sur la survie des cellules T CD4+ et la fréquence des cellules T CD8+ spécifiques au VIH-1. Nous avons démontré que sa production est compromise tôt au cours de l’infection et que les concentrations d’IL-21 corrèlent avec le compte de cellules T CD4+ chez les personnes infectées. Nos études ont démontré que le traitement antirétroviral restaure partiellement la production d’IL-21. De plus, l’infection par le VIH-1 de cellules T CD4+ humaines inhibe sa production en réduisant l’expression du facteur de transcription c-Maf. Nous avons aussi démontré que la fréquence des cellules T CD4+ spécifiques au VIH-1 qui produisent de l’IL-21 est réduite chez les patients virémiques. Selon nos résultats, l’IL-21 empêche l’apoptose spontanée des cellules T CD4+ de patients infectés et l’absence d’IL-21 réduit la fréquence des cellules T CD8+ spécifiques au VIH-1 chez ces patients. Nos résultats démontrent que l'IL-21R est exprimé de façon égale sur tous les sous-types de cellules NK chez les donneurs sains et chez les patients infectés. L’IL-21 active les protéines STAT-3, MAPK et Akt afin d'augmenter les fonctions effectrices des cellules NK. L'activation de STAT-3 joue un rôle clef dans ces fonctions avec ou sans un traitement avec de l'IL-21. L'IL-21 augmente l'expression des protéines anti-apoptotiques Bcl-2 et Bcl-XL, augmente la viabilité des cellules NK, mais ne possède aucun effet sur leur prolifération. Nous démontrons de plus que l'IL-21 augmente l'ADCC, les fonctions sécrétrices et cytotoxiques ainsi que la viabilité des cellules NK provenant de patients chroniquement infectés par le VIH-1. De plus, cette cytokine semble présenter ces effets sans augmenter en contrepartie la réplication du VIH-1. Elle permet donc d'inhiber la réplication virale lors de co-cultures autologues de cellules NK avec des cellules T CD4+ infectées d'une manière dépendante à l'expression de perforine et à l'utilisation de la protéine LFA-1. Les niveaux d’IL-21 pourraient donc servir de marqueurs biologiques pour accompagner les informations sur le taux de cellules T CD4+ circulantes en nous donnant des informations sur l’état de fonctionnalité de ce compartiment cellulaire. De plus, ces résultats suggèrent l’utilisation de cette cytokine en tant qu’agent immunothérapeutique pour restaurer les niveaux normaux d’IL-21 et augmenter la réponse antivirale chez les patients infectés par le VIH-1. / The proliferation, differentiation, function and maintenance of immune cells is controlled in large part by cytokines. HIV-induced dysfunctions of the antiviral immunity is in part related to defects in the cytokine network, as manifested by altered cytokine secretion and responsiveness to these cytokines. In these studies, we investigated the regulation and the functions of two cytokines, IL-18 and IL-21, during HIV-1 infection. In our studies, we observed an inverse correlation between IL-18 concentrations and absolute numbers of various subsets of NK cells in infected persons. IL-18 caused increased death of a human NK cell line, as well as of primary human NK cells in vitro. The IL-18-mediated cell death was dependent upon Fas-FasL interactions and TNF- secretion. IL-18 induced the expression of TNF-, induced the expression of FasL on NK cells, increased the transcription from the human FasL promoter, reduced the expression of Bcl-XL in NK cells, and increased their sensitivity to FasL-mediated cell death. In contrast to IL-18 levels, IL-18BP levels decreased in the serum of HIV-infected patients. This decrease resulted in enhanced levels of free IL-18 in the serum of such patients. The infection increased production of IL-18 but decreased that of IL-18BP in monocyte-derived macrophages (MDM). Furthermore, IL-10 and TGF-β, two cytokines for which concentrations are increased in HIV-infected persons, also decreased production of IL-18BP by human MDM. Finally, recombinant human IL-18 enhanced HIV-1 replication in human CD4+ T cells. The uncoordinated production of these two cytokines represents an imbalance between these two soluble factors in HIV-infected patients. Our study shows that enhanced IL-18 bioactivity in HIV-infected patients may contribute to the pathogenesis of AIDS by disrupting NK cell homoeostasis and increasing viral replication. This uncoordinated production of IL-18 and IL-18BP contribute to IL-18-induced immunopathology and pathogenesis in HIV-infected AIDS patients. Therefore, these studies suggest that the neutralization of IL-18 may represent an appropriate and useful immunotherapeutic strategy in these patients. It may delay AIDS progression and improve the immune status of infected persons. The best way to achieve this goal may be using exogenous interleukin-18 binding protein. IL-21 is a relatively newly discovered immune enhancing cytokine, which plays an essential role in controlling chronic viral infections. Therefore, we sought to determine the dynamics of the cytokine production and its potential consequences on the viability of CD4+ T cells in HIV-infected persons. We show here that the cytokine production is compromised early in the course of the infection. The serum cytokine concentrations correlated with CD4+ T cell counts in the infected persons. Among different groups of HIV-infected persons, only Elite Controllers maintain normal production of the cytokine. The HAART partially restores production of this cytokine. Interestingly, HIV-1 infection of human PBMC as well as of purified CD4+ T cells inhibits the production of the cytokine by decreasing the expression of c-Maf, a transcription factor involved in the activation of the cytokine gene, in the virus-infected cells but not in uninfected bystander cells. We also show that the frequencies of IL-21 producing HIV-specific antigen experienced CD4+ T cells are decreased in HIV-infected viremic patients. Furthermore, we show that recombinant human IL-21 acts as pro-survival factor and prevents enhanced spontaneous apoptosis of ex vivo cultured CD4+ T cells from HIV-infected patients and that increased serum levels of the cytokine are associated with higher frequencies as well as with better functions of HIV-specific CTL in HIV-infected individuals. We show that the cytokine receptors are expressed equally on all NK cell subsets. We demonstrate that the cytokine activates STAT-3, MAPK and Akt to enhance NK cell functions. IL-21 increases expression of anti-apoptotic proteins Bcl-2 and Bcl-XL, and enhances viability of NK cells, but has no effect on their proliferation. We further show that the cytokine enhances HIV-specific ADCC, secretory and cytotoxic functions as well as viability of NK cells from HIV-infected persons. Furthermore, it exerts its biological effects on NK cells with minimal enhancement of HIV-1 replication, and the cytokine-activated NK cells inhibit viral replication in co-cultured HIV-infected autologous CD4+ T cells in a perforin- and LFA-1-dependent manner. These studies suggest that serum IL-21 concentrations may serve as useful biomarker to accompany CD4+ T cell counts for monitoring HIV-1 disease progression and the fitness of the antiviral immunity. Furthermore, the cytokine may be considered for immunotherapy in HIV-infected patients in order to restore the physiological levels of the cytokine and promote their antiviral immunity.

Inflammation is the response of the body to injury or threats. Immune cells such as macrophages have a crucial role in controlling and regulating this process. The potent pro-inflammatory cytokines interleukin (IL)-1beta and IL-18 are synthesized by macrophages as inactive precursors which activation follows a unique mechanism involving the activation of caspase-1 by assembly of a macromolecular complex called the inflammasome. However, the assembly of the inflammasome is a double-edged sword. Although inflammasome activation is necessary for a normal inflammatory response, its malfunction can trigger and contribute to inflammatory disorders such as gout, arthritis or cryopirin-associated periodic syndromes (CAPS). The fine regulation of this mechanism and the cell death associated with it is key for the outcome of the inflammatory process. In this thesis we tackle three aspects of the mechanisms and consequences of inflammasome activation. First we studied the role of the deubiquitinases USP7 and USP47 in inflammasome activation. We showed how USP7 and USP47 activity is increased upon danger signals and how that is necessary for the assembly of the inflammasome. We also pointed how their inhibition dampens the deubiquitination of ASC using a BRET2 assay. Second we examined how the activity of IL-18 is controlled by the release of IL-18BP during inflammasome activation. We showed how IL-18BP release increased upon membrane permeabilization and pyroptosis. This release happens in other types of lytic cell (necrosis and necroptosis) death but not in apoptosis. Finally, we showed that this IL-18BP acute release dampens IL-18 signalling and IFN gamma production by PBMCs. These results demonstrate a novel mechanism by which lytic cell death could dampen IL-18-driven inflammation and highlights a key role for IL-18BP in inflammasome related diseases. Finally we studied the role of inflammasome in lung epithelial cells as a model to investigate lung infections. We found that lung epithelial cells lack NLRP3 inflammasome activity and components, but express caspase-4 and caspase-8 which could have a role in the release of IL-1 family of cytokines. To conclude we showed how lung epithelial release IL-18 upon Aspergillus fumigatus infection. Overall, this thesis enhances our understanding of the mechanisms that control IL-1beta and IL-18 activity by regulating inflammasome activation and by understanding the consequences of its activation.

La prolifération, la différenciation ainsi que les fonctions des cellules du système immunitaire sont contrôlées en partie par les cytokines. Lors de l’infection par le VIH-1, les défauts observés dans les fonctions, la maintenance, ainsi que la consistance des cellules du système immunitaire sont en large partie attribués à une production altérée des cytokines et à un manque d’efficacité au niveau de leurs effets biologiques. Durant ces études, nous nous sommes intéréssés à la régulation et aux fonctions de deux cytokines qui sont l’IL-18 et l’IL-21. Nous avons observé une corrélation inversée significative entre les concentrations sériques d’IL-18 et le nombre des cellules NK chez les patients infectés par le VIH-1. Nos expériences in vitro ont démontré que cette cytokine induit l’apoptose des cellules NK primaires et que cette mort peut être inhibée par des anticorps neutralisants spécifiques pour FasL et TNF-α. Cette mort cellulaire est due à l’expression de FasL sur les cellules NK et à la production de TNF-α par ces cellules. L’IL-18 augmente aussi la susceptibilité à la mort des cellules NK par un stimulus pro-apoptotique, en diminuant l’expression de la protéine anti-apoptotique Bcl-XL. Nous démontrons aussi que, contrairement à l’IL-18, les niveaux d’IL-18BP sont plus faibles dans les sérum de patients infectés. Ceci résulte sur une production non coordonnée de ces deux facteurs, aboutissant à des niveaux élevés d’IL-18 libre et biologiquement active chez les patients infectés. L’infection de macrophages in vitro induit la production d’IL-18 et réduit celle d’IL-18BP. De plus, l’IL-10 et le TGF-β, dont les concentrations sont élevées chez les patients infectés, réduisent la production d’IL-18BP par les macrophages in vitro. Finalement, nous démontrons que l’IL-18 augmente la réplication du VIH-1 dans les lymphocytes T CD4+ infectés. Les niveaux élevés d’IL-18 libres et biologiquement actives chez les patients infectés contribuent donc à l’immuno-pathogénèse induite par le VIH-1 en perturbant l’homéostasie des cellules NK ainsi qu’en augmentant la réplication du virus chez les patients. Ces études suggèrent donc la neutralisation des effets néfastes de l’IL-18 en utilisant son inhibiteur naturel soit de l’IL-18BP exogène. Ceci permettrait de moduler l’activité de l’IL-18 in vivo à des niveaux souhaitables. L’IL-21 joue un rôle clef dans le contrôle des infections virales chroniques. Lors de ces études, nous avons déterminé la dynamique de la production d’IL-21 lors de l’infection par le VIH-1 et sa conséquence sur la survie des cellules T CD4+ et la fréquence des cellules T CD8+ spécifiques au VIH-1. Nous avons démontré que sa production est compromise tôt au cours de l’infection et que les concentrations d’IL-21 corrèlent avec le compte de cellules T CD4+ chez les personnes infectées. Nos études ont démontré que le traitement antirétroviral restaure partiellement la production d’IL-21. De plus, l’infection par le VIH-1 de cellules T CD4+ humaines inhibe sa production en réduisant l’expression du facteur de transcription c-Maf. Nous avons aussi démontré que la fréquence des cellules T CD4+ spécifiques au VIH-1 qui produisent de l’IL-21 est réduite chez les patients virémiques. Selon nos résultats, l’IL-21 empêche l’apoptose spontanée des cellules T CD4+ de patients infectés et l’absence d’IL-21 réduit la fréquence des cellules T CD8+ spécifiques au VIH-1 chez ces patients. Nos résultats démontrent que l'IL-21R est exprimé de façon égale sur tous les sous-types de cellules NK chez les donneurs sains et chez les patients infectés. L’IL-21 active les protéines STAT-3, MAPK et Akt afin d'augmenter les fonctions effectrices des cellules NK. L'activation de STAT-3 joue un rôle clef dans ces fonctions avec ou sans un traitement avec de l'IL-21. L'IL-21 augmente l'expression des protéines anti-apoptotiques Bcl-2 et Bcl-XL, augmente la viabilité des cellules NK, mais ne possède aucun effet sur leur prolifération. Nous démontrons de plus que l'IL-21 augmente l'ADCC, les fonctions sécrétrices et cytotoxiques ainsi que la viabilité des cellules NK provenant de patients chroniquement infectés par le VIH-1. De plus, cette cytokine semble présenter ces effets sans augmenter en contrepartie la réplication du VIH-1. Elle permet donc d'inhiber la réplication virale lors de co-cultures autologues de cellules NK avec des cellules T CD4+ infectées d'une manière dépendante à l'expression de perforine et à l'utilisation de la protéine LFA-1. Les niveaux d’IL-21 pourraient donc servir de marqueurs biologiques pour accompagner les informations sur le taux de cellules T CD4+ circulantes en nous donnant des informations sur l’état de fonctionnalité de ce compartiment cellulaire. De plus, ces résultats suggèrent l’utilisation de cette cytokine en tant qu’agent immunothérapeutique pour restaurer les niveaux normaux d’IL-21 et augmenter la réponse antivirale chez les patients infectés par le VIH-1. / The proliferation, differentiation, function and maintenance of immune cells is controlled in large part by cytokines. HIV-induced dysfunctions of the antiviral immunity is in part related to defects in the cytokine network, as manifested by altered cytokine secretion and responsiveness to these cytokines. In these studies, we investigated the regulation and the functions of two cytokines, IL-18 and IL-21, during HIV-1 infection. In our studies, we observed an inverse correlation between IL-18 concentrations and absolute numbers of various subsets of NK cells in infected persons. IL-18 caused increased death of a human NK cell line, as well as of primary human NK cells in vitro. The IL-18-mediated cell death was dependent upon Fas-FasL interactions and TNF- secretion. IL-18 induced the expression of TNF-, induced the expression of FasL on NK cells, increased the transcription from the human FasL promoter, reduced the expression of Bcl-XL in NK cells, and increased their sensitivity to FasL-mediated cell death. In contrast to IL-18 levels, IL-18BP levels decreased in the serum of HIV-infected patients. This decrease resulted in enhanced levels of free IL-18 in the serum of such patients. The infection increased production of IL-18 but decreased that of IL-18BP in monocyte-derived macrophages (MDM). Furthermore, IL-10 and TGF-β, two cytokines for which concentrations are increased in HIV-infected persons, also decreased production of IL-18BP by human MDM. Finally, recombinant human IL-18 enhanced HIV-1 replication in human CD4+ T cells. The uncoordinated production of these two cytokines represents an imbalance between these two soluble factors in HIV-infected patients. Our study shows that enhanced IL-18 bioactivity in HIV-infected patients may contribute to the pathogenesis of AIDS by disrupting NK cell homoeostasis and increasing viral replication. This uncoordinated production of IL-18 and IL-18BP contribute to IL-18-induced immunopathology and pathogenesis in HIV-infected AIDS patients. Therefore, these studies suggest that the neutralization of IL-18 may represent an appropriate and useful immunotherapeutic strategy in these patients. It may delay AIDS progression and improve the immune status of infected persons. The best way to achieve this goal may be using exogenous interleukin-18 binding protein. IL-21 is a relatively newly discovered immune enhancing cytokine, which plays an essential role in controlling chronic viral infections. Therefore, we sought to determine the dynamics of the cytokine production and its potential consequences on the viability of CD4+ T cells in HIV-infected persons. We show here that the cytokine production is compromised early in the course of the infection. The serum cytokine concentrations correlated with CD4+ T cell counts in the infected persons. Among different groups of HIV-infected persons, only Elite Controllers maintain normal production of the cytokine. The HAART partially restores production of this cytokine. Interestingly, HIV-1 infection of human PBMC as well as of purified CD4+ T cells inhibits the production of the cytokine by decreasing the expression of c-Maf, a transcription factor involved in the activation of the cytokine gene, in the virus-infected cells but not in uninfected bystander cells. We also show that the frequencies of IL-21 producing HIV-specific antigen experienced CD4+ T cells are decreased in HIV-infected viremic patients. Furthermore, we show that recombinant human IL-21 acts as pro-survival factor and prevents enhanced spontaneous apoptosis of ex vivo cultured CD4+ T cells from HIV-infected patients and that increased serum levels of the cytokine are associated with higher frequencies as well as with better functions of HIV-specific CTL in HIV-infected individuals. We show that the cytokine receptors are expressed equally on all NK cell subsets. We demonstrate that the cytokine activates STAT-3, MAPK and Akt to enhance NK cell functions. IL-21 increases expression of anti-apoptotic proteins Bcl-2 and Bcl-XL, and enhances viability of NK cells, but has no effect on their proliferation. We further show that the cytokine enhances HIV-specific ADCC, secretory and cytotoxic functions as well as viability of NK cells from HIV-infected persons. Furthermore, it exerts its biological effects on NK cells with minimal enhancement of HIV-1 replication, and the cytokine-activated NK cells inhibit viral replication in co-cultured HIV-infected autologous CD4+ T cells in a perforin- and LFA-1-dependent manner. These studies suggest that serum IL-21 concentrations may serve as useful biomarker to accompany CD4+ T cell counts for monitoring HIV-1 disease progression and the fitness of the antiviral immunity. Furthermore, the cytokine may be considered for immunotherapy in HIV-infected patients in order to restore the physiological levels of the cytokine and promote their antiviral immunity.