Bien que la plupart des études se focalisent sur les lymphocytes T CD4+ régulateurs, il a été observé que les lymphocytes T CD8+ régulateurs peuvent jouer un rôle important dans l’induction et le maintien de la tolérance immunitaire. Le transfert adoptif chez la souris et l’induction chez l’homme de lymphocytes T CD8+ régulateurs peuvent inhiber le rejet d’allogreffes et le développement de pathologies autoimmunes. Ces observations suggèrent que l’induction de ces populations peut avoir un potentiel thérapeutique. Des études supplémentaires sont encore nécessaires pour définir les conditions optimales de leur induction. <p>Tant les nouveaux nés humains que murins ont une plus forte capacité que l’adulte à développer des lymphocytes T CD4+ régulateurs induits par une reconnaissance antigénique. La période néonatale serait donc particulièrement appropriée à l’induction de circuits régulateurs.<p>Dans le cadre de ce travail, nous avons étudié le rôle des lymphocytes T CD8+, induits à la naissance, dans le contrôle de la réponse des lymphocytes T CD4+ de type Th2.<p>Des souris BALB/c sont immunisées à la naissance à l’aide de cellules spléniques semi-allogéniques hybrides F1 (AJAX x BALB/c). Ces cellules persistent dans l’animal, au sein des organes lymphoïdes et stimulent ainsi de manière chronique les lymphocytes T CD4+ et T CD8+ du receveur et induisent une réponse de type Th2. Suite à l’injection des cellules spléniques semi-allogéniques au nouveau né de souris, nous avons observé l’expansion d’une population de lymphocytes T CD8+CD25+, dont le phénotype se caractérise par l’expression de Foxp3 et la production conjointe d’IFN-&61543; et l’IL-10. Nous avons pu observer que ces cellules sont capables d’inhiber la production de cytokines Th2 produites par les lymphocytes T CD4+ allospécifiques activés. Par contre, ces cellules régulatrices aggravent des réponses Th2 non apparentées. En effet, suite à une sensibilisation à l’ovalbumine, à l’âge adulte, ces souris développent de plus fortes réponses asthmatiques.<p>D’autre part, les nouveaux nés de souris BALB/c ont été immunisés à la naissance à l’aide de cellules dendritiques semi-allogéniques hybrides F1 (AJAX x BALB/c) qui activent de manière aigüe leurs lymphocytes T. Ces souris présentent une forte réponse Th1 et Tc1/Tc2 spécifique de l’alloantigène et sont protégées contre le développement d’un asthme induit. Il a aussi été montré dans ce travail que suite à l’immunisation néonatale à l’aide de cellules dendritiques semi-allogéniques, le nombre de lymphocytes T CD8+CD44high, CD8+CD62Lhigh et CD8+CD25+ producteurs d’IFN-&61543; augmente significativement. L’IFN-& / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les cellules dendritiques sont les sentinelles du système immunitaire. Elles sont disséminées dans la plupart des tissus et organes et sont capables de détecter la présence de pathogènes. La perception des signaux de danger se fait notamment grâce à la présence de récepteurs de la famille Toll (TLRs). Deux voies de signalisation, qui reposent sur l'activation des molécules adaptatrices MyD88 ou TRIF, peuvent être induites par l’engagement de ces récepteurs par leur ligand. Ces voies de signalisation mènent à l’activation de différents facteurs de transcription nécessaires à la production de cytokines telles que les membres de la famille de l’interleukine-12 (IL-12).<p>La famille de l’IL-12 comprend quatre cytokines hétérodimériques: l’IL-12 (p35/p40), l’IL-23 (p19/p40), l’IL-27 (p28/EBI3) et l’IL-35 (p35/EBI3). Chacune de ces cytokines possède des fonctions bien définies et parfois complexes qui sont essentielles pour l’établissement des réponses immunes innées et adaptatives mais également pour l'atténuation de ces réponses limitant ainsi les effets délétères causés à l'organisme par des réponses immunes excessives. La régulation transcriptionnelle de ces cytokines est complexe puisque la présence des deux sous-unités est indispensable à leur production par la cellule.<p>Dans le cadre de ce travail, nous avons étudié l'implication de facteurs de transcription de la famille des IRFs dans l’induction des gènes codant pour les sous-unités qui composent les cytokines de la famille de l'IL-12 en réponse à l’engagement des différents TLRs. Le facteur de transcription IRF3 activé en aval de la voie TRIF dépendante joue un rôle crucial dans la production des IFNs de type I et des réponses antivirales. Nos résultats indiquent que ce facteur est également directement impliqué dans l'activation des gènes codant pour les sous-unités p35 et p28. Par contre, ce facteur ne participe pas au contrôle de l'expression de l'IL-12/23p40, l’IL-23p19 et d'EBI3. Nos observations indiquent qu’IRF3 coopère avec d'autres membres de la famille des IRFs. En effet, IRF1 permet l'expression optimale des sous-unités p35 et p28 alors qu'IRF9 joue un rôle essentiel dans le contrôle de l'expression de la p28, deux facteurs activés par la boucle autocrine des IFNs de type I. Nos résultats indiquent donc qu’en réponse aux ligands TLRs, l'expression des différentes sous-unités qui composent les cytokines de la famille de l'IL-12 est régulée de manière différentielle et complexe. Les facteurs de transcription de la famille des IRFs, de par leur implication dans le contrôle de l’expression de certaines de ces sous-unités, participent à la balance entre ces différentes cytokines.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La muqueuse intestinale puis le foie sont en contact récurrent avec la flore microbienne issue du tube digestif. L’activation des récepteurs reconnaissant des motifs moléculaires microbiens (PRR :Pattern Recognition Receptors) constitue l’élément initial de la réponse inflammatoire de l’immunité innée et oriente le type d’activation de l’immunité adaptative. La première étape entraînera l’expression de médiateurs inflammatoire (cytokines (IL-1, IL-6, TNFα), activation de la réponse de phase aiguë) et le recrutement des cellules effectrices de l’immunité innée (neutrophiles, puis monocytes). L’équilibre entre la tolérance microbienne et l’exacerbation inflammatoire afin d’éliminer l’agent microbien et menant à la destruction tissulaire permet d’atteindre la situation d’homéostasie.<p>Si l’inflammation se perpétue, par exemple en cas de défaut de clairance de l’agent microbien ou de trouble de l’intégrité de la barrière muqueuse, l’inflammation peut devenir chronique. L’IL-6 exerce alors un rôle central dans la transition de l’immunité innée à l’immunité adaptative, en modulant différentiellement l’expression de chimiokines et l’apoptose des cellules immunes menant au remplacement de l’infiltrat neutrophilique par un infiltrat lympho-monocytaire. Par ailleurs, ce climat cytokinique particulier est propice au développement de lignées spécifiques de lymphocytes tels que les lymphocytes T CD4+ sécrétant de l’IL-17 (Th17). Ceux-ci, surtout étudiés dans les défenses anti-bactériennes et fungiques, et dans les maladies autoimmunes, ont été incriminés dans les phénomènes de cytotoxicité et de renouvellement inflammatoire par l’induction d’expression de chimiokines.<p><p>Une fois la barrière intestinale franchie, le foie est le premier organe en contact avec la flore microbienne issue de l’intestin. Certains TLRs ont été démontrés impliqués dans la physiopathologie de la stéatohépatite et dans le processus de fibrose. Ce climat constant d’exposition antigénique est associé en cas de maladie chronique du foie à une exacerbation d’expression de médiateurs infammatoires (IL-1, IL-6, TNFα).<p>Nous avons étudié la modulation d’expression des différents TLRs au cours d’un modèle de maladie alcoolique du foie chez la souris. Cette étude démontrait qu’il existait une majoration d’expression des TLR1, 2, 4, 6, 7, 8 et 9 dépendante du stress oxydatif suite à l’exposition chronique du foie à l’alcool ;celle-ci entraînant davantage de lésions hépatiques lors de l’injection des ligands respectifs de ces différents TLRs.<p>Dans ce contexte, nous avons également étudié l’expression des différentes sous-unités du récepteur à l’IL-6 au cours de deux maladies chroniques du foie chez l’homme :les maladies alcooliques du foie et l’hépatite C chronique. Nous avons mis en évidence que les taux plasmatiques d’IL-6 et de la forme soluble de gp130 augmentaient au cours des maladies chroniques du foie, de manière corrélée à la sévérité. Nous avons également démontré l’effet inhibiteur de sgp130 sur la réponse de phase aiguë dépendante du trans-signaling de l’IL-6 in vitro. Ces données suggèrent que sgp130 contribue au déficit de réponse de phase aiguë observé chez les patients atteints de cirrhose. <p><p>Par ailleurs, vu le contexte « cytokinique » chronique des maladies alcooliques du foie (IL-1 et IL-6), nous avons étudié l’activation de la voie de l’interleukine-17 et des Th17 au cours des maladies alcooliques du foie chez l’homme. Nous avons mis en évidence qu’il existait une activation de cellules circulantes sécrétant de l’IL-17 (comprenant des Th17) au cours de la cirrhose alcoolique stable. Par contre, au sein du foie, l’activation de cellules sécrétant de l’IL-17 était davantage augmentée lors de l’hépatite alcoolique. Nous avons également mis en évidence que les cellules stellées (cellules responsables de la fibrose hépatique) stimulées à l’IL-17 recrutaient les neutrophiles suite à l’expression d’IL-8 et de GROα. Cette nouvelle voie inflammatoire démontrée lors d’une maladie du foie chez l’homme met en évidence l’activation de la voie de l’IL-17 au cours des maladies alcooliques du foie et sa contribution potentielle au recrutement hépatique de neutrophiles au cours de l’hépatite alcoolique aiguë. Cette voie sera explorée dans l’avenir en termes de fonctionnalité et de potentielle cible thérapeutique. <p> <p>En conclusion, tout comme le suggère la littérature pour les maladies autoimmunes (maladie de Crohn, arthrite, sclérose en plaque), il semble que les maladies alcooliques du foie partagent avec ces dernières diverses caractéristiques inflammatoires. La flore microbienne intestinale participe à la physiopathologie des lésions hépatiques, de même que l’activation de PRR (TLR). Par ailleurs, un climat inflammatoire chronique (IL-6,…), contre-régulé par certains mécanismes (sgp130), est associé à la présence périphérique et hépatique de lymphocytes Th17. Cette dernière découverte ouvre de nouvelles perspectives dans la compréhension de la physiopathologie des maladies alcooliques du foie, et peut-être de nouvelles cibles thérapeutiques concernant l’hépatite alcoolique aiguë.<p> / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le système immunitaire nous protège contre les infections et les cancers. Cependant, des réponses immunitaires excessives ou incontrôlées peuvent causer des pathologies potentiellement mortelles comme le choc endotoxinique, des maladies auto-immunes, ou le rejet d’allogreffe. Une compréhension claire des mécanismes de régulation des réponses immunes permettrait d’envisager de nouvelles thérapeutiques plus ciblées. Dans ce travail réalisé chez la souris, la modulation de la réponse inflammatoire à une toxine bactérienne, le lipopolysaccharide (LPS), a été utilisée comme archétype de la régulation immunitaire. Ceci nous a permis de démontrer que la régulation de la prolifération homéostatique de lymphocytes T CD4+CD25- par des lymphocytes T régulateurs naturels tempère la réponse inflammatoire au LPS. Cet effet est notamment dépendant d’une diminution de la sécrétion d’IFN-γ par les lymphocytes activés par la prolifération induite par la lymphopénie. Nous avons aussi observé, que la désensibilisation du système immunitaire inné vis-à-vis du LPS, suite à des injections répétées d’endotoxine, induit le développement de cellules myéloïdes suppressives (myeloïd-derived suppressor cells MDSC) capables de réguler des réponses lymphocytaires T in vitro et in vivo. Nous avons pu mettre en évidence que l’effet suppresseur des MDSC est dépendant de leur expression de l’enzyme hème oxygénase-1 et de leur production d’IL-10. Le dialogue constant entre les cellules de l’immunité innée et de l’immunité acquise assure donc à la fois l’activation et la régulation du système immunitaire. Dans la majorité des cas, ceci permet aux réponses immunitaires d’être efficaces sans être excessives. La mise en évidence de ces processus identifie les lymphocytes T régulateurs et les cellules myéloïdes suppressives comme des éléments clefs de la régulation d’un processus inflammatoire. Les traitements immunosuppresseurs, les thérapies cellulaires et les greffes de moelle ont des effets variables et mal connu sur ces populations de cellules régulatrices. Tenir compte de ces interférences thérapeutiques avec les processus naturels de régulation de notre système immunitaire permettra certainement d’optimaliser l’utilisation de ce type de traitements. D’autre part, l’utilisation thérapeutique de ces deux types de cellules régulatrices pourrait être envisagé dans de nouvelles stratégies d’immuno-modulation plus « physiologique ».<p> / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Par leur capacité de moduler la réponse immune, les rayons ultraviolets (UV) ont trouvé des applications dans le traitement de diverses maladies immunes. Leurs mécanismes d’action sont encore incomplètement définis. L’un d’entre eux comporte l’induction de cytokines immunosuppressives et antiinflammatoires. Ce processus peut être provoqué par la phagocytose de corps apoptotiques, l’apoptose constituant une des lésions cellulaires élémentaires provoquée par les UV. Le but de notre travail a été de préciser les cytokines impliquées dans la réponse aux UV, de définir certains mécanismes de leur production et de la potentialiser par des agents pharmacologiques.<p>Notre étude a comporté deux parties: (1) l’une in vivo chez des malades souffrant de GVH chronique résistante aux traitements conventionnels et traités par photochémothérapie extracorporelle, procédure dans laquelle les leucocytes du malades, prélevés par leucaphérèse puis traités par un psoralène et par UVA lui sont finalement réinjectés; (2) l’autre in vitro où des PBMC de volontaires sains ont été irradiés avec 10J/m2 de rayons UVC qui ne nécessitent pas de photosensibilisation par psoralène. Deux cytokines, l’IL-10 et l’IL-1Ra ont été évaluées par RT-PCR dans un système de coculture autologue entre PBMC et PBL rendus apoptotiques par irradiation. L’évolution du processus apoptotique déclenché par les UV a été mesurée par cytomètrie de flux. Celui-ci concernait essentiellement les lymphocytes, les monocytes/macrophages révélant une résistance relative à l’apoptose, il était progressif, culminant entre la 24ème et la 48ème heures. Lors des cocultures entre PBMC et PBL irradiés, un accroissement très significatif du nombre de copies d’ARNm, concernant les deux cytokines étudiées, l’IL-10 et l’IL-1Ra était observé. L’induction d’IL-1Ra était dépendante de l’IL-10. Une préactivation par du LPS était nécessaire pour la révélation du phénomène. <p>Ensuite, nous avons évalué l’implication sur la synthèse de cytokines du processus de phagocytose de lymphocytes rendus apoptotiques par irradiation UV et divers moyens pharmacologiques pour la potentialiser. La préincubation du matériel irradié pendant une nuit (16h) à 37° dans le but d’accroître la proportion de cellules en voie d’apoptose avant mise en contact avec les PBMC a permis d’obtenir un accroissement très marqué sans nécessiter de LPS, portant essentiellement sur la production d’IL-1Ra tant sur l’ARNm que la protéine secrétée; l’induction d’IL-10 était cette fois négligeable. L’implication de la phagocytose dans le processus a été démontrée par deux agents bloquants (a) l’anticorps monoclonal anti-CD36 (corécepteur avec l’intégrine &61537;V&61538;3 de la thrombospondine) activant la production d’IL-1Ra et mimant par ce fait le processus phagocytaire et (b) la cytochalasine E la bloquant.<p>Nous avons testé diverses substances pharmacologiques dont l’action activatrice de l’IL-1Ra est connue, en l’occurrence les immunoglobulines G à usage IV (IgIV) et le GM-CSF. L’adjonction d’IgIV (1mg/ml) ou GM-CSF (10 ng/ml) une heure après le début de la coculture exerce sur la sécrétion d’IL-1Ra un effet additif avec les UV. Selon la concentration utilisée, les IgIV peuvent agir par deux mécanismes. Outre l’effet d’activation macrophagique lié au récepteur Fc, nous avons démontré à haute concentration un mécanisme nouveau, du à la présence dans les IgIV d’anticorps naturels antiFas induisant l’apoptose des lymphocytes. Une incubation de 16h des lymphocytes avec 25 mg/ml d’IgIV avant mise en culture provoque outre une apoptose importante une augmentation significative de l’IL-1Ra. Dans ce cas, le processus est indépendant du fragment Fc, la fraction F(ab’)2 gardant la capacité d’induire l’apoptose et de provoquer la production d’IL-1Ra. <p><p>En conclusion, nous avons mis en évidence un mécanisme nouveau d’induction d’IL-1Ra, non décrit auparavant et défini diverses modalités qui pourraient accroître sa production: <p>- L’incubation de 16h du matériel irradié permet d’orienter le système en accroissant la production de l’IL-1Ra sans que la production de l’IL-10 soit modifiée et sans nécessiter de LPS. Nous attribuons cet effet à l’accroissement du processus apoptotique qui en résulte.<p>- Nous avons potentialisé la production d’IL-1Ra par deux agents pharmacologiques, le GM-CSF et les IgIV. Les mécanismes d’action des IgIV dépendent de la concentration utilisée.<p>1. Aux concentrations de l’ordre de 1mg/ml, les IgIV exercent, avec les UV un effet additif sur l’induction d’IL-1Ra par une action dépendant du fragment Fc. <p>2. Aux concentrations élevées de 25mg/ml, un effet apoptotique attribuable à l’action d’anticorps anti-Fas agonistes est observé. Une préincubation de 16h de lymphocytes avec cette concentration d’ IgIV avant mise en culture avec les PBMC autologues provoque outre l’apoptose importante des lymphocytes un accroissement significatif de la production d’IL-1Ra. Le processus est indépendant du fragment Fc, la fraction F(ab’)2 gardant la capacité d’induire l’apoptose et la production d’IL-1Ra. \ / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

PhD (Department of Biotechnology, Faculty of Applied and Computer Sciences), Vaal Universtiy of Technology / The genus Tulbaghia has been used in traditional medicine to treat various ailments such as fever, earache, tuberculosis and esophageal cancer. However, there is limited scientific evidence to support its use. Therefore the objectives of this study were to perform phytochemical analysis, investigate the antioxidant, antimicrobial, anticancer, immunomodulatory activities and toxicity of crude acetone and water extracts from selected Tulbaghia species. Standard methods were used for preliminary phytochemical analysis. The total phenolic content of the plant extracts was determined using the folin ciocalteu method whereas the total flavonoids were determined by using the aluminium chloride colorimetric method. DPPH and ABTS assays were used to evaluate the antioxidant activity. The antimicrobial activity was assessed by agar well diffusion, microtiter dilution and time kill assays. For anticancer studies, the antiproliferative activity of the extracts was evaluated using the MTT assay on Hkesc-1 and KB cells. Morphological changes of the cancer cells treated with extracts were examined using light microscopy. Induction of apoptosis was assessed using fluorescence microscopy and acridine orange/ethidium bromide staining. Flow cytometry analysis was conducted to examine the multicaspase activity and cell cycle arrest. For immunomodulatory activity, the Greiss reagent and Luminex cytokine assays were used to determine the effect of the extracts on NO production and the concentration of the cytokines in the treated cells, respectively. Toxicity of selected Tulbaghia species was examined by investigating the effect of the extracts on the metabolic activity and cell membrane integrity on the treated RAW264.7 cells using the MTT and LDH assays, respectively. The zebrafish assay was used to evaluate the embryotoxicity and teratogenic effects of crude acetone and water extracts of T. violacea at 24 h intervals for 96 h post fertilisation (hpf). The percentage mortality, hatchability and heart rate were examined. Phytochemical screening of eight Tulbaghia species demonstrated the presence of flavonoids, glycosides, tannins, terpenoids, saponins and steroids. The amount of total phenol and flavonoid content varied in different plant extracts ranging from 4.50 to 11.10 milligrams gallic acid equivalent per gram (mg GAE/g) of fresh material and 3.04 to 9.65 milligrams quercetin equivalent per gram (mg QE/g) of fresh material respectively. The IC50 values based on DPPH and ABTS for T. alliacea (0.06 and 0.06 mg/mL) and T. violacea (0.08 and 0.03 mg/mL) were generally lower showing potential antioxidant activities. For antimicrobial activity, the acetone extracts of T. acutiloba, T. alliacea, T. leucantha, T. ludwigiana, T. natalensis and T. simmleri showed moderate antimicrobial activity against all test organisms while the water extracts showed moderate to no activity. One species, T. cernua, showed poor activity against all the tested microbes. The acetone and water extracts of T. violacea showed the greatest antibacterial and antifungal activity against all the tested microorganisms with minimum inhibitory concentration ranging from 0.1 mg/mL to 3.13 mg/mL. The acetone extracts of T. violacea also exhibited both bacteriostatic/fungistatic and bactericidal/fungicidal activity depending on the incubation time and concentration of the extract. The bactericidal/fungicidal activity was observed at x2 MIC. The results for anticancer activity showed that treatment of Hkesc-1 cells with acetone and water crude extracts had anti-proliferative activity with IC50 values of 0.4 mg/mL and 1.625 mg/mL, respectively while KB had 0.2 mg/mL and 1 mg/mL, respectively. Morphological changes such as blebbing, cell shrinkage and rounding were observed in the treated cells suggesting that apoptosis was taking place. AOEB staining showed that the level of apoptosis was dependent on the concentration of the extracts. The activation of multicaspase activity in both Hkesc-1 and KB treated cells was also concentration dependent leading to cell death by apoptosis and the induction of cell cycle arrest at the G2/M phase. Immunomodulatory activity results indicated that cell viability was above 80% when concentrations of 50 µg/mL or less of both acetone and water crude was used. Treatment with the acetone extract had no significant effect (p>0.05) on the LPS induced NO production in RAW264.7 cells except at 50 µg/mL where significant inhibition was observed. The water extract had no significant effect (p>0.05) on NO production at all the concentrations. Treatment of LPS–induced RAW264.7 cells with acetone extract stimulated the production of IL-1α, IL-6 and TNF-α, but had no significant effect (p > 0.05) on IL-1β. On the other hand, treatment with the water extracts stimulated the production of IL-1α, IL-6 but had no significant effect (p>0.05) on TNF-α and IL-1β. Treatment of LPS-induced RAW264.7 cells with the acetone extract had very little stimulatory effect on IL-4, IL-5 and IL-13 and no significant effect on IL-10 whereas for the water extract a significant stimulatory effect was only observed for IL-4 after 48 h of treatment. High concentrations (>10000 pg/mL) of MCP-1, MIP1-α, MIP1-β, MIP-2, GCSF, GM-CSF, RANTES and IP-10 were also observed in acetone and water extract treated RAW264.7 cells. For toxicity studies, acetone and aqueous crude leaf extracts from T. alliacea, T. simmleri, and T. violacea had a significant inhibitory (p<0.05) effect on the RAW264.7 cells after 48h treatment. Acetone extracts from T. alliacea, T. simmleri and T. violacea resulted in IC50 values of 0.48 mg/mL, 0.72 mg/mL and 0.1 mg/mL, respectively. Treatment with water extracts showed minimal toxic effect indicated by higher IC50 values of 0.95 mg/mL, 2.49 mg/mL and 0.3 mg/mL for T. alliacea, T. simmleri and T. violacea, respectively. The LDH release by macrophages after 24 h treatment with acetone extracts was observed to be concentration dependent while treatment with water extracts did not induce LDH release. The zebra fish assay showed a lethal dose (LD50) for the T. violacea acetone crude extract of 20 μg/mL whereas that for water extract was 85 μg/mL. The observed teratogenic effects included scoliosis, edema of the pericardial cavity, retarded yolk resorption, hook-like/bent tail and shorter body length. In conclusion, the results from this study indicate that the extracts from the eight Tulbaghia species examined contain phytochemicals that may have the antioxidant, antimicrobial, anticancer and immunomodulatory properties. Extracts from T. violacea were observed to be the most potent. This study thus supports the use of T. violacea in treating bacterial and fungal infections in traditional medicine. The results of this study also confirm the anticancer potential of T. violacea. The immunomodulatory activity of the acetone and water extracts from T. violacea indicated a dominantly pro-inflammatory activity. Traditional medicine prepared form T. violacea may be of benefit to individuals with weak immune systems. The toxicity of selected Tulbaghia species was observed to be concentration, extract and time dependent. Therefore, traditional medicine prepared from Tulbaghia extracts should be taken with caution preferably in small doses over a short period of time. Future studies will focus on the identification of the bioactive compound(s) responsible for the antimicrobial, anticancer and immunomodulatory activities.

Currently, in most situations, the autologous immune system is unable to eradicate the residual leukemic burden persisting after chemo-radiotherapy, but a balance can be established between leukemic and immune cells leading to a clinical remission for several months or years. If this balance is broken, a clinical relapse can occur. The high incidence of relapses in human cancers demonstrates the frequent inefficacy of the immune system to control these residual cells. In this context, allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) has been proven to be the most effective way to reinforce the immune reaction against leukemia, graft-versus-leukemia (GVL) effect and, so, achieve a definitive eradication of the residual disease in a significant proportion of patients. Indeed, the whole concept of HSCT evolved from an organ transplant concept (to replace a defective ill organ with a new healthy one) to the concept of creating an extraordinary immunotherapeutic platform in which the donor immune system contributes to the eradication of the residual leukemic cells. Thus, the past and present issues remain those of finding the best immunomodulatory modalities to achieve a full engraftment, a powerful GVL effect and no or moderate graft-versus-host disease (GVHD). Different ways to reach this goal, such as post transplant cytokine modulation, specific or global cellular depletion of the graft and post transplant global or specific donor immune cell add-backs, are still extensively studied. Nevertheless, the persistent high relapse rate (RR) observed in leukemia patients after HSCT remains the most important cause of death before transplant-related toxicities. Moreover, since only about 40 to 70% (depending on the ethnic context) of patients with high-risk hematological malignancies, eligible for allogeneic HSCT, have a fully HLA-matched sibling or matched unrelated donor (MUD), a great deal of effort has been invested to make the use of an alternative haploidentical sibling donor feasible. The advantage of this procedure is the immediate availability of a donor for almost all patients. <p>The aim of the work described in this thesis has been to implement a strategy to transplant a patient using a HLA haploidentical donor. The strategy is to try to improve DFS that could be applied both in the autologous or allogeneic context: first, by using nonspecific immune manipulation post transplant and then, by developing specific strategies directed against leukemia antigens. Particularly in the allogeneic situation, the aim was to increase the GVL effect without inducing or aggravating the deleterious GVHD. The first part of this thesis described our own clinical results, consisting of three consecutive phase I/II studies, in which we tried to determine the feasibility of giving prophylactic donor lymphocyte infusions (DLI) post transplant and the effect of replacing granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF), typically used to speed up neutrophil recovery, with granulocyte macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF), which is known for its immunomodulatory properties. The slow immune reconstitution in haploidentical transplant is chiefly responsible for the high incidence of early lethal viral and fungal infections, and most probably for early relapses; therefore, we sought to accelerate and strengthen the post transplant immune reconstitution without increasing the GVHD rate. Thus, we have studied the impact of post transplant growth factor administration and of unselected DLI in haploidentical transplant. We have also implemented, in our center, anti-cytomegalovirus (CMV) specific T cell generation and infusion to improve anti-CMV immune reconstitution. Since then, our results have been pooled in a multi-center analysis performed by the European Bone Marrow Transplantation group (EBMT) allowing us to compare our results with those of the entire group. We have also participated in the design of an ongoing study aimed at selectively depleting the graft from alloreactive T cells, and improving post transplant T cell add-backs. In our attempts to generate and expand ex vivo lymphocytes (directed against pathogens (CMV) and leukemia-associated antigens, Wilms' tumor gene 1 (WT1) and to use them in vivo, we found inconsistent results (in the case of WT1) using classical clinical grade dendritic cells (DC) generated and matured in bags, as was the case for the majority of the teams worldwide. This led us to question the full functionality of these DC and we undertook a thorough comparative analysis of DC generated and differentiated in bags and in plates (typical for most pre-clinical studies). This analysis showed us that one cannot transpose pre-clinical studies (using culture plates) directly to clinical protocols (generally using clinical grade culture bags) and that DC generated in bags are functionally deficient. We learned that, if we want to use a DC vaccine to improve the GVL effect in haploidentical transplant, we will have to be careful about the technique by which they are generated. To improve immunotherapeutic approaches, the understanding of the mechanisms underlying tumor tolerance and how to manipulate them is critical in the development of new effective immunotherapeutic clinical trials. This is why we currently focus on how to obtain effective in vivo anti-leukemia immune reactions using an ex-vivo manipulated product to trigger the immunotherapeutic response. More specifically, we are analyzing the impact of regulatory T cell (Tregs) depletion and function for an adequate anti-leukemic immune response. This pre-clinical work aims at improving the outcome of leukemia patients who have relapsed and been put back into second remission and at decreasing the RR after HSCT, especially in the field of haploidentical transplantation. <p>In conclusion, haploidentical transplantation has become a valuable tool. The results are at least similar to those obtained using MUD when performed in the same group of patients. Specific immunomodulation post transplant can affect events such as GVHD and GVL, but clinically we are still at the level of nonspecific manipulations. It is our hope that ongoing pre-clinical work will enable us to perform specific anti-pathogen and anti-leukemia immune manipulation that will favorably influence the patient outcome.<p>/<p><p>Dans la majorité des situations, le système immunitaire autologue est incapable d’éradiquer les cellules leucémiques résiduelles qui échappent à la radiothérapie et à la chimiothérapie, cependant un équilibre peut s’établir entre les cellules leucémiques et immunitaires aboutissant à une rémission pouvant durer plusieurs mois ou années. Si cet équilibre se rompt, une rechute clinique peut se déclarer. Dans ce contexte, il est prouvé que la greffe allogénique de cellules souches hématopoïétiques est le moyen le plus efficace de renforcer les réactions immunitaires contre la leucémie par la réaction du greffon contre la leucémie et ainsi d’obtenir une éradication définitive de la maladie résiduelle chez un nombre significatif de patients. En effet, le concept global de l’allogreffe de cellules souches hématopoïétiques a évolué du concept de transplantation d’organe (remplacement d’un organe malade par un nouvel organe sain) vers celui de créer une extraordinaire plateforme d’immunothérapie à travers laquelle le système immunitaire du donneur contribue à l’éradication des cellules leucémiques persistantes. Donc, la problématique reste celle de trouver les meilleures modalités d’immunomodulation pour achever une prise du greffon, un effet anti-leucémique puissant du greffon, et l’absence ou un minimum d’effet du greffon contre l’hôte. Différentes stratégies existent pour atteindre cet objectif, comme l’utilisation de cytokines pour moduler la reconstitution immunitaire, des déplétions cellulaires globales ou spécifiques du greffon et l’infusion de cellules immunes «globales» ou spécifiques du donneur après greffe. Ces stratégies sont encore largement à l’étude. Néanmoins, la persistance d’un taux de rechute élevé observé chez les patients leucémiques, après allogreffe reste la cause principale de décès, avant celle liée à la toxicité de la greffe. De plus, étant donné que seulement environ 40 à 70% (dépendant de l’origine ethnique) des patients avec une hémopathie à haut risque, éligibles pour une greffe allogénique, ont un donneur familial ou non familial complètement HLA compatible, des efforts importants ont été développés pour rendre faisable l’utilisation de donneurs familiaux alternatifs, haploidentiques. L’avantage de cette approche est l’accès immédiat à un donneur pour quasiment tous les patients.<p>Le but du travail décrit dans cette thèse a été l’implémentation d’une stratégie d’allogreffe utilisant un donneur haploidentique. Le travail vise également à développer de façon plus large des stratégies qui peuvent améliorer le taux de survie sans rechute, non seulement dans le contexte des greffes haploidentiques, mais également dans le cadre des greffes allogéniques en général, ainsi que dans les situations autologues :premièrement, par la manipulation immunitaire non spécifique après greffe et ensuite par le développement de stratégies spécifiques dirigées contre des antigènes leucémiques. En particulier dans la situation allogénique, le but a été d’augmenter l’effet du greffon contre la leucémie sans induire ou aggraver l’effet délétère du greffon contre l’hôte. La première partie de la thèse décrit les résultats cliniques de notre propre protocole de greffe haploidentique, qui a consisté en trois études consécutives de phase I/II. Dans ces études, nous avons voulu déterminer la faisabilité de réaliser des infusions prophylactiques de lymphocytes du donneur après transplantation, et l’impact du remplacement du « granulocyte colony-stimulating factor » (G-CSF), largement utilisé pour permettre une récupération en polynucléaires neutrophiles plus rapide, par du « granulocyte-macrophage colony-stimulating factor » (GM-CSF), lequel est connu pour ses propriétés immunomodulatrices différentes. La reconstitution immunitaire très lente après greffe haploidentique est majoritairement responsable de l’incidence élevée de décès par infections virales et fungiques précoces, et très probablement des rechutes précoces. C’est pourquoi nous avons cherché à accélérer et à renforcer la reconstitution immunitaire post-greffe sans augmenter la fréquence de réaction du greffon contre l’hôte. Nous avons donc étudié l’impact de l’administration de facteurs de croissance et l’infusion de lymphocytes non sélectionnés du donneur en post greffe haploidentique. Nous avons également implémenté dans notre centre, la génération et l’infusion de lymphocytes T spécifiques anti-cytomégalovirus (CMV) afin d’améliorer la reconstitution immunitaire anti-CMV. D’autre part, nos résultats ont été regroupés dans une étude multicentrique menée par le groupe européen de transplantation de moelle osseuse (EBMT), ce qui nous a permis de comparer nos résultats avec ceux de l’entièreté du groupe. Nous avons parallèlement participé à la conception d’une étude actuellement en cours ayant pour but d’améliorer la reconstitution immunitaire après greffe par la déplétion sélective du greffon en lymphocytes T alloréactifs et par l’infusion après greffe de lymphocytes T du donneur également sélectivement déplétés en lymphocytes T alloréactifs. Afin d’optimaliser l’effet anti-leucémique du système immunitaire, nous avons débuté un protocole de vaccination par cellules dendritiques (DCs). Ces cellules dendritiques étaient chargées en lysat de blastes leucémiques dans le cas de patients présentant au diagnostic une leucémie aigue surexprimant l’oncogène 1 de la tumeur de Wilms (WT1). Néanmoins dans nos travaux de génération et d’expansion ex-vivo de lymphocytes T spécifiques de l’antigène WT1, utilisant les DCs de grade clinique, générées et maturées en poches, nous avons rencontré des résultats inconsistants, comme c’était le cas dans la majorité des protocoles cliniques internationaux de vaccination. Nous nous sommes alors posé la question de la fonctionnalité globale de ces cellules et nous avons entrepris une analyse comparative poussée des DCs générées et différenciées en poches ou en plaques. Les DCs générées en plaques sont celles utilisées dans la plupart des travaux précliniques. Cette analyse nous a montré que l’on ne pouvait pas directement transposer les résultats précliniques basés sur des DCs générées en plaques dans des protocoles cliniques basés sur des DCs générées en poches, car ces dernières présentent des déficits fonctionnels importants. Nous avons appris que si l’on voulait utiliser un vaccin à base de cellules dendritiques pour améliorer l’effet du greffon contre la leucémie dans les greffes allogéniques, nous devions être très attentifs quant au protocole utilisé pour la génération de ces vaccins cellulaires. Pour améliorer les approches immunothérapeutiques, la connaissance des mécanismes qui établissent la tolérance tumorale et des façons de manipuler ceux-ci, est critique dans le développement de nouveaux protocoles efficaces. C’est pourquoi nous nous concentrons actuellement sur les conditions nécessaires à l’obtention in vivo d’une réaction immune anti-leucémique efficace lors de l’utilisation d’un produit cellulaire manipulé ex vivo. Plus spécifiquement, nous analysons l’impact de la déplétion en lymphocytes T régulateurs (Tregs) sur la réponse anti-leucémique. Ce travail préclinique a pour but d’améliorer le devenir de patients leucémiques qui ont rechutés et ont été mis en seconde rémission, ainsi que de diminuer le taux de rechute après allogreffe, spécifiquement après greffe haploidentique. <p>En conclusion, la transplantation haploidentique est actuellement un outil précieux pour de nombreux patients. Les résultats sont au minimum similaires à ceux qui sont obtenus par les greffes non-familiales HLA identiques lorsqu’elles sont pratiquées dans les mêmes groupes de patients. L’immunomodulation spécifique après greffe peut affecter des événements comme la réaction du greffon contre l’hôte et la réaction du greffon contre la leucémie, mais en pratique clinique nous en sommes encore au niveau de la manipulation aspécifique. Nous espérons que les travaux précliniques actuels vont nous permettre d’appliquer des stratégies spécifiques et d’obtenir une manipulation immune anti-leucémique qui aura une influence favorable significative sur le devenir des patients. / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Toxoplasma gondii, a single-celled eukaryotic pathogen, has infected one-third of the world’s population and is the causative agent of toxoplasmosis. The disease primarily affects immunocompromised individuals such as AIDS, cancer, and transplant patients. The parasites can infect any nucleated cell in warm-blooded vertebrates, but because they preferentially target CNS, heart, and ocular tissue, manifestations of infection often include encephalitis, myocarditis, and a host of neurological and ocular disorders. Toxoplasma can also be transmitted congenitally by a mother who becomes infected for the first time during pregnancy, which may result in spontaneous abortion or birth defects in the child. Unfortunately, the therapy currently available for treating toxoplasmosis exhibits serious side effects and can cause severe allergic reactions. Therefore, there is a desperate need to identify novel drug targets for developing more effective, less toxic treatments. The regulation of proteins via lysine acetylation, a reversible post-translational modification, has previously been validated as a promising avenue for drug development. Lysine acetyltransferases (KATs) are responsible for the acetylation of hundreds of proteins throughout prokaryotic and eukaryotic cells. In Toxoplasma, we identified a KAT that exhibits homology to Elongator protein 3 (TgElp3), the catalytic component of a transcriptional elongation complex. TgElp3 contains the highly conserved radical S-adenosylmethionine and KAT domains but also possesses a unique C-terminal transmembrane domain (TMD). Interestingly, we found that the TMD anchors TgElp3 in the outer mitochondrial membrane (OMM) such that the catalytic domains are oriented towards the cytosol. Our results uncovered the first tail-anchored mitochondrial KAT reported for any species to date. We also discovered a shortened form of Elp3 present in mouse mitochondria, suggesting that Elp3 functions beyond transcriptional elongation across eukaryotes. Furthermore, we established that TgElp3 is essential for parasite viability and that its OMM localization is important for its function, highlighting its value as a potential target for future drug development.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Graft-versus-host disease (GVHD) remains the major complication after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (HSCT), resulting from immunological attack on target organs such as gastrointestinal (GI) tract, liver and skin from donor allogeneic T cells. The most common treatment for GVHD is immunosuppressive drugs such as corticosteroids, which may result in many side effects including the loss of the beneficial graft-versus-leukemia (GVL) effect and increased infection rates. However, GVHD-specific drugs have yet to be implemented. Here we show that by targeting on a novel pathogenic CD4+ T cell subpopulation that our lab previously found in patients with GI GVHD, we can develop new avenues to treat GVHD. This novel population is characterized as CD146+CCR5+ T cells, co-expressing IL-17A and IFN-γ. We found that the inducible T-cell costimulator (ICOS), which has been reported to be important for human Th17 differentiation in vitro, is critical for the development of this nonconventional T Helper 1 (Th1*)-polarized CD146+CCR5+ conventional T cells (Tconvs) population. Furthermore, we found that ICOS can induce the generation of Th1*-polarized CD146+CCR5+ regulatory T cells (Tregs) population, lowering the frequencies of phenotypic markers of functional Tregs. Our data also showed that inhibiting the major transcriptional factor of Th17, RAR-related orphan receptor gamma t (RORγt), could prevent the development of CD146+CCR5+ Tconvs in vitro. Our results demonstrate how pathogenic CD146+CCR5+ T cells are induced through ICOS or RORγt, suggesting new targets for GVHD treatment. We anticipate our assay to be a starting point for the development of novel GVHD-specific drugs. For example, the treatments that focus on inhibiting RORγ would have fewer side effects than general immunosuppressive drugs that GVHD patients use today and inhibit GVHD while sparing the GVL effect. Furthermore, we expect the CD146+CCR5+ Tconvs and/or Tregs can be used as GVHD biomarkers. These biomarkers may guide preemptive treatments such as RORγt inhibitor.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Hematopoietic stem cell (HSC) transplantation is a lifesaving therapy for a number of hematological disorders. However, to be effective, transplanted HSCs must efficiently “home” to supportive niches within the bone marrow. Limited HSC number and poor function are complications of transplant in some circumstances, and can lead to delayed engraftment and immune reconstitution, or in some cases, bone marrow failure. Enhancing HSC homing is a strategy to improve stem cell transplantation efficiency. We have previously shown that ex vivo treatment of mouse or human HSCs with 16-16 dimethyl PGE2 (dmPGE2) increases their bone marrow homing efficiency and engraftment, resulting in part from upregulation of surface CXCR4 expression. We now show that pulse-treatment of mouse or human HSPCs with dmPGE2 stabilizes HIF1α in HSPCs, and that similar treatment with the hypoxia mimetic DMOG produces analogous effects to dmPGE2 on HSPC CXCR4 expression and homing. This suggests that HIF1α is responsible for PGE2’s enhancing effects on HSPCs. Pharmacological inhibition of HIF1α stabilization in vitro with Sodium Nitroprusside (SNP), confirms the requirement of HIF1α for dmPGE2-enhanced migration and CXCR4 upregulation. Additionally, we confirm the requirement for HIF1α in dmPGE2-enhanced in vivo homing using a conditional knockout mouse model of HIF1α gene deletion. Finally, we validate that the hypoxia response element located 1.3kb from the transcriptional start site within the CXCR4 promoter is required for enhanced CXCR4 expression after PGE2 treatment. Interestingly, we also observe an increase in the small GTPase Rac1 after dmPGE2 treatment, as well as a defect in PGE2-enhanced migration and CXCR4 expression in Rac1 knockout HSPCs. Using state-of-the-art imaging technology we, confirm an increase in Rac1 and CXCR4 colocalization after dmPGE2 treatment that likely explains enhanced sensitivity of PGE2-treated HSPCs to SDF-1. Taken together, these results define a precise mechanism through which ex vivo pulse treatment of HSPC with dmPGE2 enhances HSPC function through alterations in cell motility and homing, and describe a role for hypoxia and HIF1α in enhancement of hematopoietic transplantation.