L’ozone est un des polluants présents dans l’air que nous respirons. Les pics de ce polluant entrainent une augmentation des hospitalisations et des cas d’exacerbations d’asthme allergique. L’objectif de ce travail est d’étudier plus en détails les mécanismes inflammatoires mis en place après exposition à l’ozone. Cette étude s’est déroulée en trois axes, les deux premiers traitant du rôle de deux alarmines, l’IL-33 et l’IL-1α et le troisième se focalisant sur AhR, un récepteur impliqué dans la réponse à de nombreux polluants. Pour ce faire, des souris ont été exposées à l’ozone selon deux modèles, l’un aigu et l’autre chronique, puis les paramètres inflammatoires, le dommage tissulaire et les difficultés respiratoires ont été évalués. Nous montrons ici qu’une exposition aigüe à l’ozone induit la libération de molécules comme l’IL-33 et l’IL-1α. L’IL-33 agit au niveau de la barrière épithéliale, où elle permet l’expression et le maintien des jonctions serrées, qui sont augmentées en réponse à la pollution à l’ozone. L’IL-33 régule également l’infiltration des neutrophiles, alors que l’IL-1α l’induit. Ensuite nous avons montré que le récepteur AhR est activé après exposition chronique à l’ozone. AhR semble réguler la production de cytokines telles que l’IL-17A et l’IL-22 et ainsi protège d’une trop forte réponse inflammatoire. Pour conclure, nous avons montré que la production d’IL-33 et l’activation du récepteur AhR étaient nécessaires pour contrôler l’inflammation induite par l’ozone, alors que la production d’IL-1α l’induisait. Cette étude aura permis de mettre en évidence de potentielles cibles thérapeutiques pour soulager les maux provoqués par la pollution. / Ozone is a common ambient air polluant. Ozone peaks induce increase of asthma exacerbation, respiratory distress, emergencies and hospital admissions. The aim of this thesis project is to dissect inflammatory mechanisms induced after ozone exposure. This study is conducted according three axes, the first two dealing with the roles of two alarmines, IL-1α and IL-33 and the third is focused on the role of aryl hydrocarbon receptor (AhR), a receptor involved in several pollutant responses. Acute and chronic experimental models of ozone exposure were used to evaluate inflammatory parameters in lung, tissue damage and airway hyperresponsiveness. Here we show that acute ozone exposure induces IL-1α and IL-33 release. IL-33 acts on lung epithelial barrier, allowing the expression and maintenance of tight junctions induced after ozone exposure. Moreover, IL-33 represses neutrophils infiltration while IL-1α induces it. Furthermore we show that AhR is activated after chronic ozone exposure. AhR regulates cytokines production such as IL-17A and IL-22 and plays a protective role against higher inflammation. Overall, IL-33 production and AhR activation are necessary to control ozone-induced inflammation, in contrast to IL-1α. These findings highlight potential therapeutic targets for the treatment of lung inflammation following ozone exposure.

Au cours des deux dernières décennies, la stéatose hépatique non alcoolique (NAFLD) a été une maladie épidémique croissante, non seulement dans les pays occidentaux mais également dans le monde entier en raison de l’augmentation continue des modes de vie sédentaires, de l’obésité, et de la résistance à l’insuline. La prévalence mondiale de la NALFD est actuellement estimée à 25% dans la population générale adulte. NALFD est composé d’un éventail d’affections hépatiques s’étendant du foie gras non-alcoolique (NAFL), stéatohépatite non-alcoolique (NASH), fibrose avancée et cirrhose qui peut progresser au carcinome hépatocellulaire (HCC). L’inflammation induite par NASH peut moduler l’activation des cellules stellaires hépatiques (CSH) et donc influencer la progression de la fibrose hépatique. Le rôle de l’inflammation de type 3, qui est caractérisée par la production des cytokines IL-17A et IL-22, dans la fibrose de type NAFLD demeure incompris. Dans cette thèse, nous avons évalué le rôle d’IL-22 et d’IL-17A dans la fibrose liée à la NAFLD. Des biopsies cliniques de foie NAFLD humain et un modèle murin in vivo de NAFLD ont été utilisés et des expériences in vitro ont été effectuées. Nous avons démontré que l’expression hépatique d’IL-22 est plus élevée chez les femmes et chez les femelles avec NAFLD versus les hommes et les mâles. Nous avons identifié les neutrophiles et les cellules T, y compris les cellules T Th17, Th22 et γδ, en tant que principaux producteurs d’IL-22 chez les sujets féminins et les souris atteintes de NAFLD. De plus, nous avons démontré que l’absence de la signalisation endogène du récepteur IL-22 (modèle IL-22RA1 knockout) chez les souris femelles avec NAFLD, aggravait les lésions hépatiques, l’inflammation et la fibrose, comparé aux mâles. Cet effet hépatoprotecteur dépend des mécanismes anti-apoptotiques médiés par la signalisation du récepteur IL-22 qui favorisent la survie des hépatocytes et réduisent au minimum les dommages au foie. Nous avons également montré que l’expression hépatique d’IL-22BP est régulé à la hausse chez les souris femelles avec NAFLD comparé aux mâles. Dans ces femelles, le ratio d’ARN messager hépatique de l’IL-22 envers celui de l’IL-22BP est corrélé positivement avec les gènes en aval de cible d’IL-22 (gènes anti-apoptotiques et antioxydants). Par ailleurs, nous avons prouvé que les neutrophiles intrahépatiques produisent l’IL-17A in situ dans notre modèle NAFLD et ceci correspondait fortement avec la progression de la fibrose de foie et les dommages hépatiques. Nous avons fourni des preuves préliminaires que l’IL-17A peut induire des pièges extracellulaires de neutrophiles (NET) in vitro, et la signature de NETs est impliquée dans la progression de la fibrose hépatique dans notre NAFLD. Pris ensemble, Ces résultats démontrent qu’identifié un nouveau rôle de l’inflammation de type 3 dans la fibrose liée au NAFLD, où l’action de l’IL-22 est dépendante du sexe et possède des 4 fonctions hépatoprotectrices contre la fibrose du foie chez les femelles, alors que l’IL-17A agit en tant que cytokine profibrogénique et favorise la fibrose de foie. / Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a growing epidemic, not only in western countries but also worldwide due to the continuous rise in sedentary lifestyles, obesity, and insulin resistance over the last two decades. The global prevalence of NALFD is currently estimated to be 25% in the general adult population. NAFLD is comprised of a spectrum of liver disease ranging from non-alcoholic fatty liver (NAFL), non-alcoholic steatohepatitis (NASH), advanced fibrosis, and finally cirrhosis that can progress to hepatocellular carcinoma (HCC). NASH-induced inflammation can modulate hepatic stellate cells (HSCs) activation and hence influence hepatic fibrosis progression. The role of type 3 inflammation, which is characterized by the production of the cytokines IL-17A and IL-22, in NAFLD-related fibrosis remain not clear. In this thesis, we evaluated the role of IL-22 and IL-17A in NAFLD-related fibrosis using clinical liver biopsies from a NAFLD human cohort, an in vivo NAFLD mouse model and in vitro experiments. We report that hepatic IL-22 expression had sexually dimorphic differences in both humans and mice with NAFLD where it was elevated in females versus males. We identified intrahepatic neutrophils in female subjects with NAFLD as well as T cells, including Th17, Th22, γδ T cells, in female mice with NAFLD as major producers of IL-22. In addition, we demonstrated that lack of endogenous IL-22 receptor signaling (IL-22RA1 knockout model), exacerbated liver injury, inflammation, and fibrosis in female but not male mice with NAFLD. This hepatoprotective effect was dependent on IL-22 receptor signaling-induced anti-apoptotic signals that promote hepatocyte survival and minimize liver damage. We also demonstrated that hepatic IL-22BP expression was upregulated in female mice with NAFLD compared to males, and the hepatic IL22/IL-22BP mRNA ratio positively correlated with IL-22 downstream target genes (anti-apoptotic and antioxidant genes) in those females. Moreover, we showed that intrahepatic neutrophils produce IL-17A in situ in our NAFLD model and this was strongly correlated with progression of liver fibrosis and liver injury. We provided preliminary evidence that IL-17A can induce neutrophil extracellular traps (NETs) in vitro, and that NETs are implicated in liver fibrosis progression in our NAFLD model. Taken together, we identified a novel role for type 3 inflammation in NAFLD-related fibrosis, where IL-22 act in sex-dependent manner and provided hepatoprotective functions against liver fibrosis in females, while IL-17A act as profibrogenic cytokine and promotes liver fibrosis through enhancing NETs.

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Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2016-06-28T18:09:11Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) dissertação Kamila_04.02.16 versao final completa.pdf: 2092777 bytes, checksum: 9e9782d9821d10b1a59b8f2a1a1ca8f7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-28T18:09:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) dissertação Kamila_04.02.16 versao final completa.pdf: 2092777 bytes, checksum: 9e9782d9821d10b1a59b8f2a1a1ca8f7 (MD5) Previous issue date: 2015-10-10 / CAPES / O processo inflamatório associado à liberação de citocinas está diretamente envolvido na patogênese da artrite reumatóide (AR). Um estudo anterior do nosso grupo relatou que pacientes com AR apresentaram níveis elevados da citocina IL-22 em relação aos controles e este aumento foi associado a um pior quadro clinico. Polimorfismos em interleucinas ou nos receptores específicos podem modificá-los funcionalmente, e assim, contribuir para o desenvolvimento da AR. O objetivo deste estudo foi identificar polimorfismos no receptor da citocina IL-22 que possam estar associados ao risco de desenvolver AR. Cento e trinta e oito portadores de AR foram recrutados pelo Serviço de Reumatologia do HC - UFPE, cumprindo os critérios do Colégio Americano de Reumatologia foram genotipados para os polimorfismos no IL22RA1 (rs4292900 e rs10794665) através da metodologia TaqMan®; o grupo controle foi formado por cento e vinte e oito indivíduos sadios. Os SNPs foram identificados por meio de consulta ao site HapMap, com uma frequência do alelo menor (MAF) de pelo menos 0,1% em caucasianos. Todas as frequências genéticas foram verificadas quanto ao equilíbrio de Hardy-Weinberg e a comparação das proporções foi realizada através do qui-quadrado (X²) ou teste exato de Fisher. Resultados: O genótipo TT (rs4292900) foi significativamente associado a AR quando comparados aos controles (37.79% e 21.36%, respectivamente, p=0,0054, odds ratio=2.23). Os pacientes heterozigotos CT e homozigotos TT para o polimorfismo rs4292900 apresentaram níveis significativamente elevados da citocina IL-22 comparados ao homozigoto CC (p=0.0018 e p=0.0324, respectivamente). Quanto aos parâmetros clínicos o genótipo CT (rs4292900) apresentou valores maiores do índice de atividade da doença (CDAI) comparado aos homozigotos; o mesmo ocorreu com o rs1079466. Observamos que os indivíduos TT para o rs 4292900 apresentaram maiores valores do hemossedimentação (VSH) comparados aos heterozigotos (p=0.016). Conclusão: Nossos resultados sugerem uma associação entre o rs4292900 e uma maior susceptibilidade a artrite reumatóide. Os dois SNPs não foram associados a pior quadro clínico da doença, no entanto o genótipo TT do rs4292900 foi associado com o altos níveis do VSH. / The inflammatory process associated with the release of cytokines is directly involved in the pathogenesis of rheumatoid arthritis (RA). A previous study from our group reported that RA patients had higher levels of IL-22 cytokine compared to controls and this increase was associated worse clinical condition. Interleukins or polymorphisms in the specific receptors can modify them functionally, therefore contributing to the development of the RA. The objective of this study was to identify polymorphisms in the IL-22 cytokine receptor that may be associated with risk of developing RA. One hundred and thirty-eight patients with RA were recruited at the Rheumatology Service HC - UFPE, meeting the American College of Rheumatology criteria they were genotyped for polymorphisms in IL22RA1 (rs4292900 and rs10794665) through the TaqMan method; the control group consisted of one hundred twenty-eight healthy individuals. SNPs were identified by query of the HapMap site with a minor allele frequency (MAF) of at least 0.1% in Caucasians. All genetic frequencies were checked for Hardy-Weinberg and the comparison of proportions was performed using the chi-square (X²) or Fisher's exact test. Results: The TT genotype (rs4292900) was significantly associated with RA compared to controls (37.79% and 21:36% respectively, p = 0.0054, odds ratio = 2.23). Patients heterozygous CT, and homozygous TT for the polymorphism rs4292900 had significantly elevated levels of the cytokine IL-22 compared to the homozygous CC (p = 0.0018 and p = 0.0324, respectively). As for the clinical parameters the CT genotype (rs4292900) showed higher values of disease activity index (CDAI) compared to homozygous; so has the rs1079466. We observe that the TT individuals for rs4292900 showed higher erythrocyte sedimentation rate (ESR) values compared to heterozygotes (p = 0.016). Conclusion: Our results suggest an association between rs4292900 and increased susceptibility to rheumatoid arthritis. The two SNPs were not associated worse clinical disease, however the rs4292900 TT genotype was associated with high levels of ESR.

Le thymus est un organe permettant le développement des lymphocytes T, partie intégrante du système immunitaire. Ces cellules sont communément associées au système immunitaire adaptatif, bien que certaines populations, dont les lymphocytes iNKT et Tγδ, soient associées au système immunitaire inné. De manière générale, ces lymphocytes " innés " sont capables de répondre très rapidement à différents signaux d'activation, par la production rapide et massive d'IL-4, d'IFN-γ et d'IL-17. Notre laboratoire a mis en évidence l'existence de deux sous-populations de lymphocytes iNKT, iNKT conventionnels et iNKT17, ayant deux voies de différenciation thymique bien distinctes, mais dont les mécanismes de détermination sont encore inconnus. Il a été montré que " SLAM-associated protein " (SAP) est indispensable au développement des lymphocytes iNKT, puisqu'ils sont absents chez les souris déficientes en SAP. D'autre part, ces mêmes souris montrent également une déficience de la réponse Th2. Nous avons alors émis l'hypothèse que SAP pourrait être impliqué dans la production d'IL-4 par les lymphocytes iNKT, et dans la détermination des deux sous-populations de lymphocytes iNKT conventionnel ou producteur d'IL-17. Dans une première partie, nous avons utilisé des souris triple mutantes Sap-/- Vα14Tg-ROR(γt)-Egfp, permettant l'étude des sous-populations de lymphocytes iNKT malgré la déficience en SAP. Nous avons ainsi montré que SAP est indispensable à l'acquisition thymique de la capacité de production d'IL-4 par les lymphocytes iNKT conventionnels. Chez ces souris déficientes en SAP, nous avons observé une augmentation de la fréquence des lymphocytes iNKT17 RORγtpos producteurs d'IL-17, ce qui montre clairement que SAP n'est pas nécessaire pour l'acquisition des propriétés fonctionnelles des lymphocytes iNKT17. Nous avons ainsi mis en évidence une nouvelle fonction de SAP dans le développement thymique des cellules iNKT productrices d'IL-4. De plus, nos résultats montrent que SAP est un point de contrôle obligatoire déterminant l'orientation de la différenciation thymique des cellules iNKT vers les cellules iNKT17 ou vers les cellules iNKT conventionnelles. En parallèle des lymphocytes iNKT17 présents dans le thymus, nous avons également analysé une autre population T particulière : des thymocytes TCRαβposCD4pos matures et producteurs d'IL-17, les lymphocytes Th17 naturels. Nous avons mis en évidence que ces lymphocytes expriment le facteur de transcription RORγt. Ces lymphocytes T CD4posCD8negCD44hiRORγtpos sont capables de produire rapidement et massivement de l'IL-17, mais requièrent l'IL-23 pour co-produire l'IL-22. De plus, ils se distinguent des lymphocytes Th17 induits, ou conventionnels, par l'expression du facteur de transcription PLZF et par leur capacité à répondre très rapidement à des stimuli pro-inflammatoires, nommément l'IL-23 associé à l'IL-1β et un agoniste TLR4. Les résultats obtenus durant cette thèse ouvrent donc de nombreuses perspectives de recherches fondamentale et thérapeutique, domaine dans lequel l'IL-17 est devenu une cible privilégiée pour le traitement des maladies auto-immunes.

Immunopathological disorders are no longer defined by dysregulated T-helper (Th) type 1/ Th2 responses but account for modulatory cell types such as regulatory and Th17 cells. The newly defined Th17 subset is an effector memory subtype which regulates mucosal host defense responses. A distinctive feature of interleukin (IL)-17 is its ability to invoke neutrophilic responses and to synergize cytokine responses in proximal structural cells. This effect is most evident for proinflammatory cytokines and neutrophil-mobilizing chemokines which are under the regulatory control of the canonical, nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-κB) pathway. The uniqueness of the IL-17A receptor (IL-17RA) signal transduction pathway however has been a limiting factor in uncovering IL-17-mediated effector functions since the receptor bears little homology to other known receptors and contains a unique cytoplasmic consensus binding motif. Hence, the composition, dynamics and subunit interactions of the IL-17R complex have become an emerging area of research where novel recruitment motifs and adaptor proteins are actively being explored. Our study sought to uncover the signal transduction and molecular mechanisms mediating the initiation and amplification responses induced by IL-17. We hypothesize that (i) IL-17 represents a key cytokine which initiates inflammatory responses by acting on proximal structural cells to rapidly release neutrophil-mobilizing chemokines and myeloid growth factors and that (ii) IL-17 directly promotes survival responses of immune effector cells. Genomic analysis of stimulated human airway smooth muscle cells support the proinflammatory nature of IL-17 as NF-κB associated genes and chemokines were most significantly upregulated within 2 hours. However, IL-17 induced a modest fold increase in gene expression levels whereby only 4 genes achieved greater than 2 fold increases. This, along with the observation that IL-17 enhanced IL-1β-mediated CXCL8 expression via transcriptional promoter activation levels and post-transcriptional mRNA stabilization mechanisms suggests that IL-17 cooperatively functions with secondary cytokines to mediate inflammatory responses. Despite activating the p38-mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway in peripheral blood neutrophils, IL-17 did not directly affect the apoptotic capacity of these cells but unexpectedly antagonized the survival response mediated by the granulocyte-macrophage colony stimulating factor (GM-CSF). Collectively, our results suggest that IL-17 is a potent synergistic cytokine which signals via the MAPK-NF-κB pathway to indirectly recruit neutrophils via CXC-chemokines produced by non-hematopoietic cells and that IL-17 may potentially dampen inflammatory responses by directly antagonizing inflammatory effector cells.

Immunopathological disorders are no longer defined by dysregulated T-helper (Th) type 1/ Th2 responses but account for modulatory cell types such as regulatory and Th17 cells. The newly defined Th17 subset is an effector memory subtype which regulates mucosal host defense responses. A distinctive feature of interleukin (IL)-17 is its ability to invoke neutrophilic responses and to synergize cytokine responses in proximal structural cells. This effect is most evident for proinflammatory cytokines and neutrophil-mobilizing chemokines which are under the regulatory control of the canonical, nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-κB) pathway. The uniqueness of the IL-17A receptor (IL-17RA) signal transduction pathway however has been a limiting factor in uncovering IL-17-mediated effector functions since the receptor bears little homology to other known receptors and contains a unique cytoplasmic consensus binding motif. Hence, the composition, dynamics and subunit interactions of the IL-17R complex have become an emerging area of research where novel recruitment motifs and adaptor proteins are actively being explored. Our study sought to uncover the signal transduction and molecular mechanisms mediating the initiation and amplification responses induced by IL-17. We hypothesize that (i) IL-17 represents a key cytokine which initiates inflammatory responses by acting on proximal structural cells to rapidly release neutrophil-mobilizing chemokines and myeloid growth factors and that (ii) IL-17 directly promotes survival responses of immune effector cells. Genomic analysis of stimulated human airway smooth muscle cells support the proinflammatory nature of IL-17 as NF-κB associated genes and chemokines were most significantly upregulated within 2 hours. However, IL-17 induced a modest fold increase in gene expression levels whereby only 4 genes achieved greater than 2 fold increases. This, along with the observation that IL-17 enhanced IL-1β-mediated CXCL8 expression via transcriptional promoter activation levels and post-transcriptional mRNA stabilization mechanisms suggests that IL-17 cooperatively functions with secondary cytokines to mediate inflammatory responses. Despite activating the p38-mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway in peripheral blood neutrophils, IL-17 did not directly affect the apoptotic capacity of these cells but unexpectedly antagonized the survival response mediated by the granulocyte-macrophage colony stimulating factor (GM-CSF). Collectively, our results suggest that IL-17 is a potent synergistic cytokine which signals via the MAPK-NF-κB pathway to indirectly recruit neutrophils via CXC-chemokines produced by non-hematopoietic cells and that IL-17 may potentially dampen inflammatory responses by directly antagonizing inflammatory effector cells.

De par sa capacité à détecter les microorganismes et à mettre en place une défense anti-infectieuse rapide, l’immunité innée représente la première ligne de défense de l’hôte. La réponse immunitaire innée est déclenchée par des motifs microbiens moléculaires universels et conservés reconnus par des récepteurs innés parmi lesquels les "Toll-like Receptors" (TLR). L’activation de ces récepteurs induit une inflammation locale et une réponse antimicrobienne adaptée au pathogène. Ces propriétés biologiques ont permis de d’envisager l’utilisation des TLR comme cible thérapeutique antiinfectieuse. Dans ce contexte il a été montré que la flagelline, le composant majeur des flagelles bactériens et le seul agoniste de TLR5 décrit à ce jour, possédait des propriétés anti-infectieuses. Des études chez la souris ont montré que la flagelline induisait une forte production, par des cellules lymphoïdes innées, d’IL-22, une cytokine impliquées dans la protection des muqueuses. Par ailleurs, la forte expression de TLR5 par les cellules épithéliales laisse présager un rôle de ces cellules dans les propriétés anti-infectieuses de la flagelline. Toutefois, les mécanismes moléculaires et cellulaires effecteurs responsables des effets antimicrobiens de l’agoniste de TLR5 restent à définir.Au cours de ce travail de thèse, nous avons étudié les capacités anti-infectieuses de la flagelline dans deux modèles infectieux chez la souris. Nous avons tout d’abord montré que l’administration systémique de flagelline, en prophylaxie c’est-à-dire préalablement au challenge infectieux, permettait de protéger d’une infection intestinale par Yersinia pseudotuberculosis. La protection induite par la flagelline est observable lors d’une infection par la voie muqueuse mais est absente lors d’un challenge infectieux par la voie systémique, démontrant ainsi le caractère muqueux de la protection. L’effet protecteur de la flagelline dans notre modèle est dépendant de l’expression de TLR5 et indépendant de l’IL-22. Cette étude suggère donc un mécanisme original de protection médié par la flagelline, indépendant de l’IL-22.Nous avons également analysé la capacité anti-infectieuse de la flagelline dans un modèle murin d’infection respiratoire à Streptococcus pneumoniae. Nous avons notamment montré que la flagelline pouvait être utilisée en thérapeutique lorsqu’elle était associée à un antibiotique. En effet, l’association d’amoxicilline ou de co-trimoxazole avec la flagelline (voie intranasale) a permis de protéger des souris infectées par une dose létale de S. pneumoniae comparativement à l’antibiotique seul. L’efficacité de cette thérapie est dépendante de l’activation de TLR5 et est associée à une infiltration pulmonaire importante de polynucléaires neutrophiles. Ce traitement combinatoire améliore également la protection dans un modèle de surinfection pneumococcique post-grippale. Ces résultats montrent que la combinaison agoniste de TLR5/antibiotique améliore la réponse anti-infectieuse pulmonaire et permettent d’envisager de nouvelles stratégies antibactériennes dans le cas d’infections où les antibiotiques montrent leurs limites (infections nosocomiales, bactéries multirésistantes…). / With its ability to sense micro-organisms and to induce a rapid defense against infections, innate immunity represents the first line of host’s defense. The innate immune response is triggered by universal and conserved microbial molecular patterns recognized by innate receptors including the Toll-like receptors (TLRs). Activation of these receptors induces local inflammation and antimicrobial response against pathogens. These biological properties have allowed considering the use of TLR as anti-infective therapeutic target. In this context it has been shown that flagellin, the major component of bacterial flagella and the agonist of TLR5, had anti-infectious properties. It was shown that flagellin induces a strong production by innate lymphoid cells of IL-22, a cytokine involved in the protection of mucosa. Furthermore, the strong expression of TLR5 by epithelial cells suggests a role for these cells in the anti-infectious properties of flagellin. However, the molecular and cellular mechanisms responsible for the antimicrobial effects of the TLR5 agonist remained to be defined.In this thesis, we studied the anti-infectious properties of flagellin in two infectious murine models. We first showed that systemic administration of flagellin, prior to infectious challenge, protect against an intestinal infection with Yersinia pseudotuberculosis. The protection induced by flagellin is observable upon infection by mucosal route but is absent during a challenge by the systemic route, thus demonstrating the role of the mucosa for the protection. The anti-bacterial effect in this model is dependent on the expression of TLR5 and independent of the innate lymphoid cells’ IL-22 production. This study suggests a novel mechanism of flagellin-mediated protection, independent of the IL-22.We also analyzed the anti-infectious abilities of flagellin in a murine model of respiratory infection by Streptococcus pneumoniae. In particular, we showed that flagellin could be used in therapy when combined to an antibiotic. Indeed, the combination of amoxicillin or co-trimoxazole with flagellin protected mice infected with a lethal dose of S. pneumoniae compared to antibiotic standalone. The effectiveness of this therapy was dependent on the activation of TLR5 and was associated with pulmonary infiltration of neutrophils. This combinatory treatment also improved the protection in a model of post-influenza pneumococcal superinfection. These results show that the combination of TLR5 agonist / antibiotic ameliorates pulmonary anti-infectious response and allow to consider new antibacterial strategies against infections when antibiotics reach their limits (nosocomial infections, multiresistant bacteria ...).

La Broncho-Pneumopathie Chronique Obstructive (BPCO) est une maladie pulmonaire inflammatoire consécutive à l'exposition chronique à la pollution atmosphérique et surtout au tabagisme dans environ 90% des cas. Cette maladie se caractérise par une obstruction des bronches due à une hypersécrétion de mucus, une hypertrophie des muscles lisses, ainsi qu’une destruction de la paroi des alvéoles respiratoires amenant le patient à l’emphysème. Le stress induit par la fumée de cigarette provoque une activation de la barrière épithéliale pulmonaire associée à une altération de la réponse immunitaire responsable d’une susceptibilité accrue aux infections pulmonaires. De ce fait, les patients atteints de cette maladie développent des exacerbations principalement liées à ces infections bactériennes en particulier à Non-Typable Haemophilus influenza (NTHi) et Streptoccocus pneumoniae (Sp).La cytokine IL-22 est un acteur très important des défenses antibactériennes et du maintien de la barrière épithéliale. Cette cytokine appartient à la grande famille de l’IL-10, et à la sous-famille des cytokines IL-20 composée de l’IL-19, l’IL-20 et l’IL-24. L’IL-22 se lie au récepteur formé par les sous-unités IL-10Rb et IL-22Ra, tandis que les cytokines IL-19, IL-20 et IL-24 utilisent deux récepteurs associant l’IL-20Rb avec l’IL-20Ra ou l’IL-22Ra. Il a été démontré que les cytokines de la famille IL-20 (IL-19, IL-20, IL-24) agissent sur la clairance bactérienne au cours d’une infection cutanée par Staphylococcus aureus (Myles et al., 2013), en inhibant la production des cytokines IL-17 et IL-22. De plus, des précédents travaux au laboratoire, ont montré un défaut de l’expression des cytokines IL-17 et IL-22 qui participaient à la susceptibilité à l’infection chez les souris atteintes de BPCO (Pichavant et al., 2015). Enfin, nos données actuelles montrent que l'exposition à la fumée de cigarette augmente l'expression des cytokines de la famille IL-20 et que l'inhibition de cette voie permet de bloquer le développement d'épisodes d'exacerbation chez des souris BPCO.L'objectif de cette thèse est de préciser le rôle des cytokines IL-20 dans la réponse à l'infection bactérienne (Sp, NTHi) tant dans un contexte physiologique qu'au cours d’un contexte mimant la BPCO. Pour cela, nous nous focaliserons sur le rôle de l’épithélium pulmonaire tant dans la production que dans la fonction de ces cytokines en contexte infectieux.Pour répondre à ces questions, nous avons analysé l’expression des cytokines IL-20 par l’épithélium pulmonaire in vitro et ex vivo dans un modèle murin mimant l’exacerbation de la BPCO ainsi que dans des biopsies pulmonaires de patients fumeurs atteints ou non de BPCO. Dans un second temps nous avons évalué la modulation par un anticorps bloquant le récepteur des cytokines IL-20 (anti-IL-20Rb) au cours de la réponse anti-infectieuse de l'épithélium dans nos modèles in vivo (souris infectées par Sp) et in vitro (cellules épithéliales de trachées murines). Nous avons en parallèle évalué l'implication des cytokines IL-20 dans la réparation épithéliale.L’ensemble des résultats acquis au cours de la thèse nous a permis de démontrer l'implication des cytokines IL-20 et de préciser leur rôle sur l’épithélium pulmonaire au cours de l'infection bactérienne ainsi que dans la pathologie de la BPCO. De plus, les résultats obtenus avec l’anticorps neutralisant anti-IL-20Rb dans ces contextes d’infections et de BPCO, font de celui-ci une potentielle piste thérapeutique pour le traitement des lésions dues à l’infection. / Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) is an inflammatory lung disease due to chronic exposure to air pollution and especially to cigarette smoke exposure in approximately 90% of the cases. This disease is characterized by obstruction of the bronchi due to hypersecretion of mucus, hypertrophy of the smooth muscles, and destruction of the alveolar wall leading the patient to emphysema. The stress induced by cigarette smoke exposure causes activation of resident cells including pulmonary epithelial cells and an alteration of the immune system responsible for an increased susceptibility to pulmonary infections. As a result, patients with this disease develop exacerbations especially du to Non-Typable Haemophilus influenza (NTHi) and Streptoccocus pneumoniae (Sp).The IL-22 cytokine plays a key role in antibacterial defenses and maintenance of the epithelial barrier. This cytokine belongs to the large IL-10 family, and to the IL-20 cytokine subfamily also including IL-19, IL-20 and IL-24. IL-22 binds to the receptor formed by the IL-10Rb and IL-22Ra subunits, while the IL-19, IL-20 and IL-24 cytokines binds to IL-20Rb associated with either IL-20Ra or IL-22Ra subunits. IL-20 cytokines (IL-19, IL-20, IL-24) have been shown to impair bacterial clearance during cutaneous infection with Staphylococcus aureus (Myles et al., 2013), by inhibiting the production of IL-17 and IL-22 cytokines. In addition, previous work in the laboratory showed a defect in the expression of IL-17 and IL-22 cytokines contributing to the susceptibility to infection in COPD mice (Pichavant et al., 2015). In fact, our current data show that exposure to cigarette smoke increases cytokine expression of the IL-20 family and that inhibition of this pathway blocks the development of exacerbation episodes in COPD mice.The aim of this thesis is to clarify the role of IL-20 cytokines in the response to bacterial infections (Sp, NTHi) both in a physiological context and in a context mimicking COPD. To do so, we will focus on the role of pulmonary epithelium both in the production and function of these cytokines in infectious context.To answer these questions, we analyzed the expression of IL-20 cytokines by pulmonary epithelium in vitro and ex vivo in a mouse model mimicking the COPD exacerbation as well as in pulmonary biopsies of smokers and non-smokers patients and of COPD patients. In a second step we evaluated the modulation by an IL-20 receptor blocking antibody (anti-IL-20Rb) of the anti-infectious response in our in vitro (murine tracheal epithelial cells) and in vivo models (Sp-infected mice). In parallel, we evaluated the involvement of IL-20 cytokines in the epithelial repair.All the results acquired during the thesis allowed us to demonstrate the expression of IL-20 cytokines and to demonstrate their role on the pulmonary epithelium during bacterial infection as well as in COPD. In addition, the results obtained with the anti-IL-20Rb neutralizing antibody in these contexts of infections and COPD, suggests a potential therapeutic application for respiratory infection.

Interleukin(IL)-22, ein Zytokin der IL-10-Interferon-Familie, beeinflusst die Funktion von Gewebezellen, wirkt jedoch nicht auf Immunzellen. In dieser Arbeit konnte ich zeigen, dass IL-22 in Keratinozyten nur eine begrenzte Anzahl von Genen in ihrer Expression reguliert, was eine Hemmung der terminalen Differenzierung und eine Steigerung der antimikrobiellen Abwehr und der zellulären Mobilität bewirkt. Diese IL-22-Effekte konnten in vivo aufgrund ihrer Induzierbarkeit durch eine IL-22-Behandlung in Mäusen bestätigt werden und fanden sich darüber hinaus in der läsionalen Haut von Patienten mit Psoriasis wieder. Eine pathogenetische Rolle von IL-22 bei Psoriasis wurde durch eine gefundene Erhöhung der IL-22-Spiegel im Blut dieser Patienten und eine Korrelation dieser mit dem Schweregrad der Erkrankung untermauert. Eine Untersuchung der Wirkung von IL-22 auf Hepatozyten zeigte, dass IL-22 in diesen Zellen die Produktion des LPS-Bindungsproteins (LBP) steigert, welches in hohen Konzentrationen bakterielle Bestandteile neutralisiert. In vivo zeigte sich, dass eine IL-22-Gabe in der Maus eine verstärkte Expression von LBP in der Leber und erhöhte sytemische LBP-Spiegel bewirkt. Diese Hepatozyten-spezifische IL-22-Wirkung spiegelte sich bei Patienten mit Morbus Crohn in erhöhten systemischen LBP-Spiegeln wieder. Bei der Psoriasis steht vor allem der regenerative Phänotyp der Keratinozyten, gekennzeichnet durch eine verminderte terminale Differenzierung und eine gesteigerte Mobilität, im Vordergrund und bildet die Ursache für die klinisch sichtbaren epidermalen Veränderungen. Demgegenüber könnte bei Morbus Crohn IL 22 durch die Induktion von hepatozytärem LBP zur Neutralisierung von durch die gestörte Darmbarriere ins Blut translozierte bakterielle LPS zur lokalen Begrenzung der Entzündung beitragen. Ausgehend von diesen Beobachtungen wäre eine IL-22-Neutralisierung bzw. IL-22-Applikation ein innovativer Therapieansatz für die Behandlung von Psoriasis und Morbus Crohn. / Interleukin(IL)-22, a cytokine belonging to the IL-10-Interferon-family, regulates the function of tissue cells, but not of immune cells. Here, I could show, that in keratinocytes IL-22 regulates the expression of a limited number of genes leading to an inhibition of the terminal differentiation and an increase of the antimicrobial defense and cellular mobility. These IL-22 effects were also confirmed in vivo as they could be induced in mice by IL-22-treatment and moreover, were also found to be present in the lesional skin of psoriasis patients. A pathogenetic role of IL-22 in psoriasis was substantiated by the finding that IL-22 level are elevated in the blood of these patients and correlated with the disease severity. By investigating the influence of IL-22 on hepatocytes, I found an increase of LPS-binding protein (LBP) production by IL-22, a protein which neutralizes bacterial components at high concentrations. In vivo, IL-22 treatment of mice led to a high hepatic LBP expression and elevated blood LBP level. This hepatocyte-specific IL-22 effect was reflected in patients with crohn´s disease in elevated systemic LBP level. In psoriasis, especially the regenerative phenotype of keratinocytes, characterized by the distorted terminal differentiation and enhanced mobility, is a key feature and the basis for the clinically visible epidermal alterations. In contrast, in crohn´s disease by inducing hepatic LBP production IL-22 likely contributes to the neutralisation of LPS translocated into the blood via the distorted intestinal barrier and thereby to a local limitation of inflammation. Based on these observations a neutralisation or application of IL-22 would be an innovative therapeutic approach for the treatment of psoriasis and crohn´s disease, respectively.